Das blaue Wunder

Blau blühende Pflanzen kennen wir alle. Oder etwa nicht? In Wirklichkeit sind die wenigsten blauen Blüten wirklich blau, sondern vielmehr violett. Eine echte blaue Blütenfarbe ist in der Natur sehr selten. In der Pflanzenforschung untersucht man schon lange den Mechanismus hinter dieser Färbung. Nun gelang es erstmals, echte blaue Chrysanthemen im Labor zu erzeugen. Und man hat dabei viel über die komplexe Biochemie des „Blaus“ gelernt.

Die Blütenfarbe von Kultur- bzw. Zierpflanzen ist augenscheinlich nicht nur für Menschen ein attraktives Auswahlkriterium, auch für die Anziehung von bestäubenden Tieren wie Insekten oder Vögeln ist sie ausschlaggebend. Blaue Blüten sind dabei ein besonderer Hingucker und beispielsweise bei Hummeln sehr beliebt. Doch im blauen Farbspektrum tummeln sich nicht so viele Pflanzen, wie man eigentlich vermuten würde.

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Blau ist rar

Die Royal Horticultural Society (RHS) hat mit ihren Farbtafeln den Referenzrahmen zur Pflanzenfarberkennung geschaffen. Jeder Farbe ist im RHS Colour Chart ein Farbcode zugeteilt. Nach RHS-Farbcode ist beispielsweise die – der Name verrät es bereits – Blaue Klitorie (Clitoria ternatea) wahrhaftig blau. Bekannte Vertreter sind auch das Vergissmeinnicht (Myosotis) oder die Rittersporne (Delphinium), unter denen es echte blaue Exemplare gibt.

Doch Chrysanthemen (Chrysanthemum) zählen nicht dazu. Bei der beliebten Garten-Chrysantheme beispielsweise gibt es weder lila, violette noch blaue Blüten. Ihnen fehlt der passende Pflanzenfarbstoff. Sie können zwar Anthocyane produzieren, die Farben von Rot bis fast Schwarz ermöglichen. Doch ihnen fehlen die für eine Blaufärbung notwendigen Delphinidin-basierten Anthocyane. Die chemische Struktur macht hier den Unterschied.

Denn für die Farbe es ist entscheidend, ob Hydroxy-, Methyl- oder Zuckergruppen an einem bestimmten Teil des Anthocyanmoleküls angehängt sind. Dazu fehlen den Chrysanthemen die entscheidenden Gene, z. B. das Gen F3′5′H. Das Gen kodiert das Enzym Flavonoid-3',5'-Hydroxylase, eines der Schlüsselenzyme für die Delphinidin-Biosynthese. Es knüpft an das Anthocyanmolekül an den Positionen 3' und 5' Hydroxygruppen an.

Neue Stoffwechselwege durch zusätzliche Gene

Hier setzte ein Forscherteam mit Metabolic Engineering an – einem Vorgang, bei dem Stoffwechselwege in den Zellen gezielt verändert werden. Dazu wurden zwei Gene anderer Pflanzen in das Erbgut der Chrysantheme eingeschleust: das Gen A3′5′GT der Blauen Klitorie (Clitoria ternatea) – es kodiert für ein Enzym, das Zuckergruppen an Anthocyane anfügen kann – und das bereits genannte Gen F3′5′H der violett blühenden Marien-Glockenblume (Campanula medium). Die beiden Transgene wurden mithilfe des Bakteriums Agrobacterium tumefaciens in die Pflanzenzellen übertragen. 

Linien, bei denen durch die gentechnische Veränderung sowohl F3′5′H als auch A3′5′GT exprimiert wurden, bildeten daraufhin blaue Blüten aus. Das überraschte die Forscher zunächst. Sie hatten erwartet, dass mindestens ein weiteres Gen für zusätzliche chemische Modifikationen der Anthocyane nötig sei, um die Farbe Blau zu erzeugen.

1 + 1 + X = Blau

Er stellte sich heraus, dass hier auch etwas Glück im Spiel war. Es gab in den Pflanzen bereits eine andere farblose Komponente, die zusammen mit den Anthocyanen das Blau hervorrief. Es konnten zwei Kandidaten identifiziert werden, die als „Copigmente“ infrage kommen. Doch welche der Komponenten sich mit den Anthocyanen zum blauen Farbstoff vereinen, bleibt noch unklar. Die beteiligten Wissenschaftler vermuten jedoch, dass das Vorhandensein von Flavonglykosiden ausreicht, um diesen Effekt zu erzielen.

In der kürzlich veröffentlichten Studie im Fachmagazin „Science Advances“ schreiben die Autoren, dass ihre Methode relativ einfach sei und auch bei anderen Pflanzen angewendet werden könnte. Denn die benötigten Copigmente kommen natürlicherweise in vielen Pflanzen vor.