Pflanzen mit Touch

Forscher finden das verantwortliche Gen für Berührungsreaktion

20.02.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Pflanzen zu drücken oder zu streicheln ist eine jahrhundertealte Methode im japanischen Landbau - es erhöht die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen. (Bildquelle: © japolia - Fotolia.com)
Pflanzen zu drücken oder zu streicheln ist eine jahrhundertealte Methode im japanischen Landbau - es erhöht die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen. (Bildquelle: © japolia - Fotolia.com)

Berührt man Pflanzen kontinuierlich, verändert sich dadurch das äußere Erscheinungsbild der Pflanzen: Sie bleiben kleinwüchsig und blühen erst sehr spät, allerdings erhöht sich dadurch auch deren Widerstandsfähigkeit. Wissenschaftler fanden das Touch-Gen, das für die morphologischen Auswirkungen der Berührung verantwortlich ist. Es ist beim Abbau einer Gruppe von Pflanzenhormonen, den Gibberellinen, involviert. Werden diese nicht abgebaut, passiert auch nach einer Berührung nichts, wie die Forscher feststellten.

Pflanzen sind vielen Stressfaktoren ausgesetzt, die negative Auswirkungen auf deren Entwicklung haben. Auch eine Berührung ist für sie Stress. Sie reagieren auf einen konstanten Berührungsreiz mit morphologischen Veränderungen. Sie bleiben kleinwüchsig und bilden ihre Blüten später aus. Dieses Phänomen wird Thigmomorphogenese genannt.

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Arabidopsis thaliana reagieren auf Berührung. Hat die Pflanze allerdings das Gen „AtGA2ox7“ verloren (Mutante), reagiert sie nicht mehr auf Berührung (Pflanzen von links nach rechts: Wildtyp, Wildtyp zweimal täglich berührt; Mutante, Mutante zweimal täglich berührt).

Arabidopsis thaliana reagieren auf Berührung. Hat die Pflanze allerdings das Gen „AtGA2ox7“ verloren (Mutante), reagiert sie nicht mehr auf Berührung (Pflanzen von links nach rechts: Wildtyp, Wildtyp zweimal täglich berührt; Mutante, Mutante zweimal täglich berührt).

Bildquelle: © Theo Lange/TU Braunschweig

In den vergangenen Jahren haben Forscher festgestellt, dass die Berührung von Pflanzen nicht nur negative Folgen hat, sondern auch förderlich sein kann, z. B. für die Abwehr gegen Schädlinge (wir berichteten). Bisher war jedoch noch nicht klar, was sich bei der Berührungsreaktion auf molekularer Ebene in den Pflanzen abspielt. Zwar fanden Forscher heraus, dass bei der Berührungsreaktion das Pflanzenhormon Jasmonsäure involviert ist. Eine andere Studie (Benikhlef et al., 2013) machte allerdings deutlich, dass bei leichter Berührung (durch sanftes Reiben der Blätter zwischen Daumen und Zeigefinger) eine Schädlingsresistenz ausgelöst wird, die völlig unabhängig von Jasmonaten abläuft.

Forscher entdecken das verantwortliche Gen

Nun ist es Forschern der Technischen Universität Braunschweig gelungen, das Gen zu identifizieren, das die Berührungsreaktion in Pflanzen steuert. Sie entdeckten das Gen „AtGA2ox7“ bei der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Es ist für den Abbau von Gibberellinen (GA) verantwortlich.

Gibberelline sind eine Gruppe von pflanzlichen Wachstumshormonen und bei Arabidopsis der hormonelle Schlüssel für die Thigmomorphogenese. Denn die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass durch die Berührung das Gen AtGA2ox7 aktiviert wird, wodurch verstärkt Proteine gebildet werden, die Gibberelline in der Pflanze abbauen. Ist dieses Gen inaktiv, hatte die Berührung in den Versuchen keinen Effekt auf die Pflanzen. Wohingegen die wilden Arabidopsis-Vergleichspflanzen nach der Berührung, wie vermutet, Wachstumsveränderungen zeigten und kleinwüchsig blieben. Bei den Versuchspflanzen war zudem der Gehalt an Gibberellinen geringer. Der Abbau von Gibberellinen ist also entscheidend für die morphologischen Veränderungen in der Pflanze.  

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Die Entdecker: Prof. Dr. Theo Lange und Dr. Maria Pimenta Lange von der Abteilung Biochemie und Physiologie der Pflanzen am Institut für Pflanzenbiologie der TU Braunschweig.

Die Entdecker: Prof. Dr. Theo Lange und Dr. Maria Pimenta Lange von der Abteilung Biochemie und Physiologie der Pflanzen am Institut für Pflanzenbiologie der TU Braunschweig.

Bildquelle: © TU Braunschweig

Ansatzpunkt für weitere Forschung

Hier wollen die Wissenschaftler nun weiter ansetzen und beispielsweise erforschen, wie das gefundene Gen als Marker für die Züchtung von Pflanzen eingesetzt werden kann. Denn AtGA2ox7 ist auch bei anderen Stressreaktion involviert. So zum Beispiel bei Salzstress, einem weltweit zunehmenden Problem. Neben klimatischen Veränderungen hat dieser in der Ausdehnung der Bewässerung von Agrarflächen seinen Ursprung. Obwohl die Bodenversalzung ein großes Problem ist und die Pflanzenproduktion stark limitiert, sind die physiologischen Mechanismen der salzinduzierten Ertragsreduktion bisher nicht vollständig aufgeklärt.

Interessanterweise, so fanden die Forscher nun heraus, ist der Gibberellin-Gehalt „berührter“ Pflanzen vergleichbar mit dem von Pflanzen, die unter Salzstress leiden. Dies deutet darauf hin, dass verschiedene Stressfaktoren gemeinsame Signalwege nutzen. Da AtGA2ox7 die Toleranz gegenüber Salzstress und Berührung die Pflanzenresistenz gegenüber Pathogenen erhöhen kann, empfehlen die Forscher, den Gibberellin-Abbau näher zu betrachten. Dies könnte helfen, die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen sowohl gegenüber abiotischen als auch biotischen Stressfaktoren zu verbessern

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