Pflanzenbiologen entdecken neuen molekularen Signalweg
Pflanzen reagieren mit ausgeklügelten Mechanismen auf unterschiedliche Stressauslöser. Ein Beispiel ist die Reaktion auf Trockenheit. So haben Pflanzenblätter regulierbare Poren, die Stomata, die von zwei Schließzellen gebildet werden. Über die Öffnungsweite der Poren steuern die Pflanzen die für die Photosynthese wichtige Kohlendioxidaufnahme und gleichzeitig den Wasserhaushalt. Das Pflanzenhormon Abscisinsäure ist ein Schlüsselsignal, das zum Schließen der Stomata führt und somit die Verdunstung minimiert. Pflanzen produzieren es bei Trockenheit, um Wasser zu sparen. Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich und Spanien haben nun in Untersuchungen an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana erstmals gezeigt: Auch eine mechanische Verletzung der Blätter durch Mikroorganismen oder Raupen führt dazu, dass die Blattporen schnell zugehen. So wird ein Eindringen von Bakterien oder Pilzen in die Pflanze verhindert. Überraschenderweise passiert das nicht nur beim verwundeten Blatt, sondern auch in den benachbarten Blättern.
Dafür verantwortlich ist ein Pflanzenhormon, das bislang nur im Zusammenhang mit anderen Steuerungsmechanismen bekannt war: Die Jasmonsäure. Pflanzen produzieren Jasmonsäure, sobald sie von Insekten angefressen, mechanisch verletzt oder von bestimmten Mikroorganismen attackiert werden. Dann wirkt die Jasmonsäure wie ein Hormon, das Abwehrreaktionen in Gang bringt – die Pflanze bildet zum Beispiel giftige Stoffe. Möglicherweise trägt der Verschluss der Stomata dazu bei, dass möglichst wenig der Abwehrstoffe an die Umgebungsluft abgeben werden. So würde die Konzentration innerhalb der Pflanze möglichst hoch bleiben. Diese Vermutung ist jedoch nicht belegt und müsste nun überprüft werden.
Der neu entdeckte molekulare Signalweg könnte den Wissenschaftlern helfen, die Funktionsweise der Schließzellen besser zu verstehen. „Diese Zellen sind essenziell für die Anpassungen von Pflanzen an das Klima – sie genau zu verstehen ist extrem wichtig, beispielsweise auch, um angesichts des Klimawandels robustere Pflanzen zu züchten“, unterstreicht Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen an der WWU, der mit seiner Arbeitsgruppe an der Studie beteiligt ist.
Die Studie, die in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ veröffentlicht ist, wurde von dem Pflanzenbiologen Prof. Dr. Dirk Becker von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg geleitet. Das münstersche Team um Jörg Kudla brachte seine Expertise für von Kalzium abhängige Signalwege ein und führte unter anderem genetische Analysen sowie Untersuchungen zur Proteinbiochemie durch. Die Arbeiten wurden durchgeführt im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützten und inzwischen regulär beendeten Forschergruppe 964 "Kalziumregulierte Signalprozesse bei der Stressantwort von Pflanzen".