Timing ist alles

23.02.2021 Forschung & Technik

Wie Pflanzen den richtigen Zeitpunkt für die Blüte erkennen

Der richtige Blühzeitpunkt ist für den Fortpflanzungserfolg einer Pflanze ungeheuer wichtig. Wie genau Pflanzen mit ihrem Timing auf Umweltreize reagieren, ist aber noch nicht endgültig erforscht. Wissenschaftler der Universität Pennsylvania sind nun ein Stück weitergekommen.

Ein wichtiges Kriterium für den Blühzeitpunkt von Pflanzen ist die Tageslänge. So lohnt es sich in Gegenden mit kurzer Vegetationsperiode beispielsweise, relativ zeitig von der Blatt- zur Blütenbildung überzugehen. Setzt sie aber zu früh zur Blütenbildung an, stehen der Pflanze noch nicht genug Blattansätze zur Verfügung, die sie für die Blütenbildung nutzen kann. Das senkt die Anzahl der Blüten und damit der Samen. Bei Nutzpflanzen sinkt folgerichtig der Ertrag.

Die Wissenschaft wusste bereits, dass zwei mobile Proteine (Terminal Flower 1 und Flowering Locus T) die Blütenbildung in gegensätzliche Richtung beeinflussen. Während Ersteres die vegetative Entwicklung, also das Wachstum von Blättern, fördert, initiiert Letzteres den Beginn der Blütenbildung. Interessanterweise sind beide Proteine fast identisch. Durch Substitution einer einzigen Aminosäure kann das eine in das andere Protein umgewandelt werden. Unklar war bisher, wie die beiden so unterschiedliche Effekte ausüben können. Wissenschaftler vom Departement of Biology der Universität Pennsylvania haben den Wirkmechanismus nun aufgeschlüsselt.

Proteine steuern Gen

Die Arbeitsgruppe um Professorin Doris Wagner fand mithilfe biochemischer und genetischer Studien heraus, dass beide auf ein Gen einwirken, das sogenannte leafy-Gen, welches dafür verantwortlich ist, dass sich undifferenzierte Zellen im Meristem zu Blüten entwickeln. Weil sie nicht direkt auf das Gen einwirken können, nutzen sie die Hilfe eines Transkriptionsfaktors. An langen Tagen mit viel Licht bindet sich mehr vom Terminal Flower 1-Protein an diesen Transkriptionsfaktor. Die Produktion des leafy-Gens wird erhöht, die Blütenbildung gefördert.

An kurzen Tagen ist hingegen mehr vom Flowering Locus T-Protein vorhanden. Es verringert die Konzentration des leafy-Gens, also werden weiterhin Blätter statt Blüten gebildet. Doch das Flowering Locus T-Protein hat offensichtlich noch weit mehr Aufgaben: Die Wissenschaftler fanden hunderte weitere Genorte, auf die es auch einwirkt. Darunter Gene, die bestimmen, wann die reproduktive Phase beginnt oder solche, die den Zucker- und Hormonhaushalt regulieren.

Die Wissenschaftler hoffen, dass dieses Wissen über die biochemischen und regulatorischen Vorgänge hilft, den Blühzeitpunkt von Nutzpflanzen an den jeweiligen Standort optimal anzupassen.

Quelle: pflanzenforschung.de