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Rubrik: News |
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ETH Forscher entschlüsseln genetischen Mechanismus der Stressreaktion in Pflanzen Stressbewältigung in Pflanzen | |
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(akl) Ob durch Trockenheit, hohe Temperaturen, starken Lichteinfall oder zu wenig Kohlendioxid – auch Pflanzen werden gestresst. Pflanzen geraten dabei unter so genannten „oxidativen“ Stress. Die Symptome sind eine begrenzte Fähigkeit zur Photosynthese, eine Hemmung des Wachstums sowie eine Beeinträchtigung der Produktionsfähigkeit. Es wird mehrheitlich angenommen, dass reaktive Sauerstoffspezies wie Singlett-Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid, welche vermehrt unter Stress gebildet werden, direkt verantwortlich für die oben beschriebenen Reaktionen sind. Stressmechanismus entschlüsselt Das Team um Professor Apel am Institut für Pflanzenwissenschaften an der ETH Zürich (1) konnte den Mechanismus, der dem oxidativen Stress zugrunde liegt, nun jedoch erstmals genauer aufdecken und widerlegt das gültige Dogma. In der heutigen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Science“ (2) veröffentlichen sie, dass reaktiver Singlett-Sauerstoff die Stresssymptome nicht direkt durch seine Toxizität hervorruft, sondern dass er als Signalgeber zuerst ein bestimmtes Genprogramm aktiviert, welches dann die beobachteten Stressreaktionen herbeiführt. Die Forscher untersuchten eine spezielle genetische Variante der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), die konditionierbare flu-Mutante. Nach einem kurzen Dunkel/Licht-Wechsel produzieren flu-Mutanten vermehrt Singlett-Sauerstoff in den Plastid genannten Zellorganellen. Reife Pflanzen stoppen das Wachstum während Keimlinge dieser Mutante ausbleichen und sterben. Genetische Experimente erlaubten dem Team jedoch eine weitere Mutation zu entdecken, welche die unter Stress hervorgerufenen Symptome, trotz hoher Mengen an reaktivem Singlett-Sauerstoff, in den flu-Mutanten unterdrückte. Den Forschern gelang es, das für die zweite Mutation verantwortliche Gen, executer1, zu identifizieren. Schleusten sie jedoch eine normale Kopie des executer1-Gens in die neu entdeckte Doppelmutante, wurde ihr Wachstum wieder gehemmt. Diese Experimente verrieten dem Team, dass die Stresssymptome nicht direkt durch reaktiven Singlett-Sauerstoff ausgelöst wurden, sondern eher durch die Aktivierung eines mit Executer1 genetisch kontrollierten Programms.
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Reaktiver Singlett-Sauerstoff übernimmt somit wahrscheinlich eine Signalfunktion, die die Pflanze dazu bringt in bestimmten Stresssituationen spezifische Genprogramme anzuschalten. Positiver Stress „Man kann diesen Vorgang als positiven Stress bezeichnen“, meint Klaus Apel. „Reaktiver Sauerstoff macht die Pflanze auf schwierigere Umweltbedingungen aufmerksam. Sie kann nun spezielle Gen-Programme anschalten und sich auf die neuen Bedingungen vorbereiten. Executer1 hilft der Pflanze bei dieser kontrollierten Akklimatisierung.“ Mögliche Anwendung Executer1 wurde auch in Kulturpflanzen wie Mais, Reis oder Weizen gefunden. Laut Apel ist es denkbar, das neue Wissen auch in einjährigen Kulturpflanzen, welche vor Beginn der Kälteperiode geerntet werden, anzuwenden. Normalerweise würden solche Pflanzen bei schwankenden Umweltbedingungen das genetisch bestimmte Stressprogramm aktivieren, das zu einer deutlich reduzierten Produktivität der Pflanzen führen würde. Durch das Ausschalten des Executer 1 Gens würden diese negativen Stressauswirkungen vermieden. Der Vorteil: Unter Stress, wie zum Beispiel ein trockener, heisser Sommer, würde möglicherweise das Wachstum der Pflanzen und ihre Produktionsfähigkeit kaum eingeschränkt und man könnte trotz Stress eine höhere Ernte erzielen. |
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Literaturhinweise:
Fussnoten:
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