Licht-Gen gibt Startsignal zum Ergrünen

Wie genau Pflanzen auf die Lichtverhältnisse an ihrem Standort reagieren, war bislang ein Rätsel. Nun haben Forscher das Licht-Gen Hemera entdeckt.

Pflanzen sind für ihr Wachstum und ihre Entwicklung auf Licht angewiesen. Licht ist die Energie, die die Pflanze benötigt, um in der Photosynthese lebenswichtige Kohlenhydrate herzustellen. Im Laufe der Evolution entwickelten Pflanzen daher eine Reihe von Photorezeptoren, die ihnen Informationen über Qualität und Menge des Lichts in der Umgebung vermitteln. Die Anregung der Photorezeptoren führt zur Aktivierung von Genen, die verschiedene Wachstums- und Entwicklungsvorgänge der Pflanze steuern. 

Wie die Lichtsignale diese Veränderungen anstoßen, haben Wissenschaftler von der Duke University in Durham erforscht. Fällt Licht auf die Pflanze, so wird aus der Erbinformation des Gens Hemera ein Eiweiß gebildet, das eine Gruppe von Proteinen in den zellulären Abfallkorb befördert, die nach der Keimung nicht mehr benötigt werden. Verbleiben diese Proteine in der Zelle, wird der Pflanze weiterhin die Information vermittelt, sich im Dunkeln zu befinden. Das hat fatale Konsequenzen: Pflanzen ohne das Hemera-Gen reagierten einfach nicht auf das überlebenswichtige Licht. Sie wuchsen zu spindeldürren Albinos heran, die nicht lange überlebten. 

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Die Wissenschaftler fanden heraus, dass das Protein auch die Bildung der Chloroplasten in den jungen Gewächsen anregt. Diese sind verantwortlich für die Energiegewinnung durch Photosynthese und auch für das Grün der Pflanzen. Damit erklärt sich auch das blasse Erscheinungsbild der Hemera-losen Pflanzen.

Die Forschungsergebnisse sollen helfen, die vielfältigen Anpassungsmöglichkeiten der Pflanzen für die Landwirtschaft nutzbar zu machen. Pflanzen könnten so bald entsprechend der Lichtsignale an neue Umwelteinflüsse angepasst werden. Hierzu ein Beispiel:

Mit ihren speziellen Photorezeptoren für Licht im roten Spektralbereich können Pflanzen die Gegenwart von anderen Gewächsen aufgrund einer veränderten Lichteinstrahlung wahrnehmen. Diese Information hilft der Pflanze, dem Konkurrenzkampf mit anderen Pflanzen aus dem Weg zu gehen. Anstatt unter den verschlechterten Lichtbedingungen Energie in die Bildung von Blättern oder Samen zu stecken, wächst die Pflanze lieber in die Höhe. Entsprechende Züchtungen könnten helfen, die landwirtschaftlichen Erträge an Standorten mit schwierigen Wachstumsbedingungen zu steigern.