Mangelerscheinungen trotz Überfluss

Ertragsverluste gehen häufig auf einen gestörten Kalziumtransport zurück. Ein beteiligtes Protein ist jetzt bekannt und macht Hoffnung auf Abhilfe.

Was tun, wenn ein Nährstoff im Überfluss vorhanden ist, und die Pflanzen dennoch daran Mangel leiden? Bei Kalzium stehen Landwirte und Obstbauern regelmäßig vor diesem Problem, das die Ursache der Blütenendfäule ist. Sie führt zu unschönen Flecken auf Tomaten, die den Geschmack beeinträchtigen, Käufer abschrecken, und schon auf dem Feld zu Ertragsverlusten führen.

Offensichtlich ist bei den betroffenen Pflanzen die Aufnahme oder Verwertung von Kalzium gestört. Ein Schlüsselprotein in diesem Prozess hat nun ein internationales Forscherteam identifiziert. Über das Molekül aus der Familie der Plant Cadmium Resistance (PCR) Proteine berichten die Wissenschaftler in „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).
Kalzium ist für Pflanzen kein einfacher Nährstoff: Einerseits benötigt die Pflanze ihn in großer Menge, weil er Zellwände und Plasmamembranen stabilisiert sowie als Gegenion für die zahlreichen Anionen in den Vakuolen fungiert. Andererseits darf in der einzelnen Zelle die Konzentration geringe Mengen nicht überschreiten, um die Funktion innerhalb von Signalkaskaden nicht zu stören. Pflanzen stehen deshalb vor der Herausforderung, die Aufnahme und Verteilung des Kalziums sehr genau zu regulieren. Entsprechend groß ist die Bedeutung von Kalziumtransportern.
Doch um diese ging es den Forschern ursprünglich nicht. Sie hatten im Genom der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) Schwermetalltransporter identifiziert, die der Pflanze eine gewisse Toleranz gegen Kadmium vermitteln, PCR-Proteine. Vergleichbares wollten die Forscher nun im genetisch teilweise sehr ähnlichen Braunen Senf (Brassica juncea) suchen, der über eine hohe natürliche Schwermetalltoleranz verfügt. Was die Wissenschaftler fanden, waren drei PCR-Proteine, von denen eines, BjPCR1, nicht Schwermetalle, sondern Kalzium transportiert – von den Wurzeln zu den Sprossen.

Neue Einblicke

Bislang war wenig über die Kalziumaufnahme in den Wurzeln bekannt, und so überraschte es, dass das Kalzium nicht über die Endodermis, sondern über einen Abflussmechanismus der Wurzelepidermis in die Pflanze gelangt. Schalteten die Forscher BjPCR1 aus, zeigte der Senf ein verkümmertes Wachstum – es gelangte deutlich weniger Kalzium in die Sprossen als beim Wildtyp.
Die Autoren der Studie erwarten, dass andere Pflanzenarten von dieser Entdeckung profitieren könnten. Mittels Gentransfer sollte BjPCR1 ihnen ermöglichen, den Transport von Kalzium zu den Sprossen zu verbessern, und so Schäden wie Blütenendfäule bei Tomaten, Stippe beim Apfel oder Spitzenbrand bei Salat und Gemüse zu verhindern.