Pflanzen wachsen ständig, reagieren auf Umweltsignale und passen ihre Entwicklung daran an. Während sie ihre Triebe in Richtung Sonne strecken – Phototropismus genannt – breiten sie ihre Wurzeln mithilfe der Erdanziehungskraft aus – bekannt als Gravitropismus. Entdecken sie feuchte Bereiche im Erdboden, wird die eingeschlagene Richtung verändert. Diese Fähigkeit – der Hydrotropismus – sichert die Wasserversorgung der Pflanze. Während die ersten beiden Mechanismen, Phototropismus und Gravitropismus, relativ gut dokumentiert sind und seit mehr als einem Jahrhundert erforscht werden, ist über den Hydrotropismus weit weniger bekannt.

Die Schwerkraft loswerden

Eine Studie am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) unter Leitung von Professor Jiří Friml gemeinsam mit Forschenden der Northwest A&F University in China ergab neue Erkenntnisse. Um den Hydrotropismus genauer zu erforschen, stellte sich das Team die Frage, was wohl passiert, wenn die Schwerkraft das Wurzelwachstum nicht mehr beeinflusst. Wenn also der Gravitropismus ‚abgeschaltet‘ ist.

Um das zu untersuchen, könnte man Pflanzen zum Beispiel in den Weltraum schicken. Das Forscherteam fand jedoch eine andere Lösung: Sie platzierten Petrischalen mit Setzlingen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) auf eine langsam rotierende Plattform. Durch die Drehung ändert sich die Richtung der Schwerkraft ständig, die Pflanze kann nicht mehr auf sie reagieren. Professor Friml erklärt, was dann passierte: „Sobald wir die Schwerkraft ausgeschalten haben, konnten wir beobachten, dass der Hydrotropismus viel stärker wird. Unter normalen Bedingungen mit ausreichend Wasser überwiegt normalerweise der Gravitropismus. Wenn man den jedoch ausschaltet, werden die Auswirkungen des Hydrotropismus deutlich.“

Bei Trockenheit wird Wasser der Schwerkraft vorgezogen

Anschließend entdeckten die Wissenschaftler, dass Pflanzen bei Trockenheit von Natur aus beginnen, den Gravitropismus bis zu einem gewissen Grad zu unterdrücken. „Das macht Sinn“, erklärt Friml. „Die Suche nach Wasser wird plötzlich wichtiger als das weitere Wachstum nach unten. Der Gravitropismus wird bei Trockenheit reduziert und die Pflanzen werden hydrotropischer.“ Als Ursache für diesen Wechsel wurde das Gen MIZ1 identifiziert - eines der wenigen Gene, von denen bekannt ist, dass sie für den Hydrotropismus wichtig sind. Das Forschungsteam verglich mutierte Pflanzen ohne dieses Gen mit Wildtyp-Pflanzen und entdeckten, dass bei den MIZ1-Mutanten die Unterdrückung des Gravitropismus als Reaktion auf Trockenheit nicht funktioniert.

Wassersuche und Klimawandel

Zu verstehen, wie Pflanzen Wasser finden und auf Dürreperioden reagieren, ist in Zeiten des Klimawandels besonders wichtig. Es könnte helfen, Pflanzen zu entwickeln, die besser mit Trockenheit umgehen können. „Wenn man Mais- oder Weizenvarianten mit hochaktivem MIZ1-Protein identifiziert, könnte dieses in Varianten mit hohem Ertrag eingeführt werden. Theoretisch könnte man so Pflanzen erhalten, die in Dürreperioden besser Wasser aufnehmen können“, ist Friml überzeugt.

Quelle: ISTA