Das vielseitige Phytohormon

Abscisinsäure (ABA) änderte im Laufe der Evolution oft die Funktion

14.11.2016 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Bei Ceratopteris richardii spielt das Enzym OST1 eine wichtige Rolle bei der Festlegung des Geschlechts. Auf den Wasserhaushalt wiederum hat das Phytohormon keine Auswirkung. (Bildquelle: © Carlosar/wikimedia.org; CC0)
Bei Ceratopteris richardii spielt das Enzym OST1 eine wichtige Rolle bei der Festlegung des Geschlechts. Auf den Wasserhaushalt wiederum hat das Phytohormon keine Auswirkung. (Bildquelle: © Carlosar/wikimedia.org; CC0)

Lange war über die Hintergründe der Geschlechtsfestlegung in Pflanzen relativ wenig bekannt. Ein internationales Forscherteam konnte nun Abscisinsäure (ABA) als einen wichtigen Faktor ausmachen. Dieses Phytohormon war bisher für andere Funktionen bekannt.

Im Laufe der Evolution haben Pflanzen ein erstaunliches Repertoire an Anpassungsmechanismen entwickelt, mit denen sie auf die Reize ihre Umgebung reagieren. Ein Kommunikationssystem aus kleinen Signalmolekülen, den Phytohormonen, hilft ihnen zu entscheiden, ob sie Schließzellen öffnen oder schließen, Blüten bilden oder Blätter abwerfen.

Das Phytohormon Abscisinsäure (ABA) gehört zur Gruppe der Sesquiterpene. Sesquiterpene entstehen durch die Spaltung von Carotinoiden und sind Bestandteil von ätherischen Ölen, pflanzlichen Sexuallockstoffe oder Bitterstoffen. Abscisinsäure ist an einer Reihe lebenswichtiger Funktionen von Pflanzen beteiligt. Besonders gut ist Abscisinsäure in Blütenpflanzen im Zusammenhang mit Wassermangel untersucht: Bei Trockenheit sorgt es dafür, dass Schließzellen (Stomata) geschlossen werden, indem es Ionenkanäle aktiviert und daraufhin der Turgor sinkt. Nach der Reaktion auf Stress sinkt der Abscisinsäure-Spiegel wieder.

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Die Forscher konnten beweisen, dass sich im Laufe der letzten 450 Millionen Jahre die Funktion von Abscisinsäure von der Geschlechtsfestlegung, hin zu Prozessen wie der Keimruhe und weiter zur Transpiration und schließlich zum CO2-Austausch erweitert hat.

Quelle: © modifiziert nach Scott A. M. McAdam et al. Abscisic acid controlled sex before transpiration in vascular plants. PNAS 2016 113 (45) 12862-12867, doi: 10.1073/pnas.1606614113

Darüber hinaus ist bekannt, dass Abscisinsäure auch das Pflanzenwachstum und die Keimung von Samen hemmt. Somit ist es ein Gegenspieler von Hormonen, wie den Auxinen, die das Wachstum von Pflanzen anregen. Zudem unterstützt Abscisinsäure auch das Abstoßen von Blättern und Früchten.

Versuche an Farnen

Eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung der Universität Würzburg konnte nun dem Phytohormon Abscisinsäure eine weitere wichtige Aufgabe zuordnen. Sie bewiesen anhand von genetisch veränderten Ackerschmalwand-Pflanzen (Arabidopsis thaliana) und Farnen der Art Ceratopteris Richardii, dass Abscisinsäure ein wichtiger Faktor bei der Festlegung des Geschlechts ist. Vermutlich war diese Funktion sogar die ursprüngliche von ABA.

Die Forscher konnten beweisen, dass sich im Laufe der letzten 450 Millionen Jahre die Funktion von Abscisinsäure von der Geschlechtsfestlegung, hin zu Prozessen wie der Keimruhe und weiter zur Transpiration und schließlich zum CO2-Austausch erweitert hat.

Drei Prozesse – Ein Anfang

Obwohl sich diese Prozesse unterscheiden, verläuft ihr Anfang immer identisch: Abscisinsäure dockt am Rezeptor an und aktiviert über einige Zwischenschritte das Enzym OST1. Was darauf folgt unterscheidet sich je nach Pflanzengruppe. Bei Blütenpflanzen sorgt das Enzym dafür, dass in den Schließzellen der Blätter der Anionenkanal SLAC1 aktiviert wird. Dadurch schließen sich die Blattporen.

Anders bei den Farnen, die evolutionär älter als die Blütenpflanzen sind: Bei Ceratopteris richardii spielt OST1 eine wichtige Rolle bei der Festlegung des Geschlechts. Auf den Wasserhaushalt wiederum hat das Phytohormon keine Auswirkung. Im Versuch überführten die Wissenschaftler OST1 aus einem Farn in Mutanten der Blütenpflanze Arabidopsis thaliana. Dieser genetisch veränderten Pflanze fehlte das eigene Enzym OST1. Dieser funktionale Verlust wurde durch OST1 aus dem Farn ausgeglichen. Somit bewiesen die Forscher, dass der gleiche Signalweg je nach Pflanzenart andere Effekte hat.

Die Wissenschaftler können jedoch noch nicht sagen, wieso der Abscisinsäure-Signalweg beim Farn keinen Einfluss auf die Steuerung des Wasserhaushalts hat. Sie vermuten, dass der Ionenkanal SLAC1 verändert ist und dieser noch nicht auf das Enzym OST1 reagieren kann. Diese Annahme wollen die Wissenschaftler nun prüfen.

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