Hitzestress: Notprogramme von Pflanzen
Pflanzen zeigen der Hitze den „Finger“: Geraten Pflanzen durch hohe Temperaturen oder Trockenheit in Stress, bilden sich im Innern der Zellen Ausstülpungen, die Schutzprogramme auslösen.
Chloroplasten bilden fingerartige Ausstülpungen und rufen damit Zellen um Hilfe
Wird ihre Energieversorgung durch Hitze, Trockenheit oder salzige Böden gestört, bilden Chloroplasten – die Kraftwerke der Zellen – winzige, fingerartige Ausstülpungen und senden darüber ein Hilfesignal innerhalb der Zelle.
Pflanzen zeigen der Hitze den „Finger“: Geraten Pflanzen durch hohe Temperaturen oder Trockenheit in Stress, bilden sich im Innern der Zellen Ausstülpungen, die Schutzprogramme auslösen.
Diese Entdeckung machten Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), als sie untersuchten, wie Pflanzenzellen auf Stress reagieren. Das gesendete Signal aktiviert Schutzprogramme, die helfen, Schäden zu begrenzen. Die Studie zeigt erstmals eindeutig die Funktion dieser bislang rätselhaften Strukturen und liefert möglicherweise einen Ansatz, um Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen Klimastress zu machen.
Schutz vor Hitze, Trockenheit oder Salz
Die Chloroplasten im Inneren jeder Pflanzenzelle sind wie kleine Solarkraftwerke. Sie sind die grünen Energiezentren der Pflanzenzellen – nutzen Sonnenlicht, nehmen Kohlendioxid aus der Luft auf und stellen daraus Zucker her. Ohne sie könnten Pflanzen keine Energie produzieren und somit auch nicht als Nahrungsgrundlage für andere Lebewesen dienen. Außerdem würde weniger Sauerstoff in die Atmosphäre gelangen. Geraten Pflanzen unter Stress, etwa durch Wassermangel, hohe Temperaturen oder durch salzhaltige Böden, gerät dieses empfindliche Energiesystem aus dem Gleichgewicht. Es entstehen aggressive Stoffe, die Bestandteile der Zelle angreifen und beschädigen können. Um funktionsfähig zu bleiben, muss die Pflanze schnell reagieren und Schutzmechanismen aktivieren.
In dieser Stresssituation bilden die Chloroplasten die nun untersuchten „Finger“. Die Forschenden konnten zeigen, dass diese Strukturen ein Signal an die zentrale Steuerung der Zelle senden. Dort werden daraufhin bestimmte Gene ein- oder ausgeschaltet, sodass Schutzprogramme anlaufen, die den beschädigten Bereichen helfen.
Funktion einer lang übersehenen Struktur entschlüsselt
Die Strukturen wurden vor über 130 Jahren von dem in Berlin lehrenden Pflanzenphysiologen Gottlieb Haberlandt beschrieben, gerieten aber in Vergessenheit und wurden erst in den 1990er-Jahren von US-Forschenden wiederentdeckt. Früher wurde allerdings vermutet, diese ‚Stromuli‘ könnten verschiedene Solarkraftwerke in der Zelle miteinander verbinden. Die Studie der KIT-Forschergruppe zeigte jedoch, dass ihre wichtigste Aufgabe nicht der Austausch von Stoffen ist, sondern die Weitergabe von Informationen innerhalb der Zelle.
Ansatz für klimaresistentere Nutzpflanzen
Die Entdeckung ist besonders relevant angesichts der Klimakrise, die Pflanzen immer häufiger unter Stress setzt. Die Forschenden haben gezeigt, dass sich dieser Alarmmechanismus gezielt beeinflussen lässt. Es wurden molekulare Faktoren identifiziert, die die Bildung der ‚Finger‘ beschleunigen und effizienter machen können. Langfristig eröffnet dies neue Möglichkeiten für die Landwirtschaft: In widerstandsfähigen Wildpflanzen könnten gezielt Varianten identifiziert werden, die besonders gut mit Stress umgehen.
Quelle: idw-online
