Neuer Zusammenhang beim Pflanzenwachstum entdeckt

Brassinosteroide regulieren Gibberelline

26.08.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Das Foto zeigt, wie wichtig Brassinosteroide für die Entwicklung von Pflanzen sind: Ein Mangel des Pflanzenhormons (rechts) führt zu Wachstumsstörungen, hier bei Gurkenpflanzen. (Quelle: © Wilfried Rozhon / TUM)
Das Foto zeigt, wie wichtig Brassinosteroide für die Entwicklung von Pflanzen sind: Ein Mangel des Pflanzenhormons (rechts) führt zu Wachstumsstörungen, hier bei Gurkenpflanzen. (Quelle: © Wilfried Rozhon / TUM)

Sowohl Brassinosteroide als auch Gibberelline steuern das Wachstum von Pflanzen.  Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass ohne Brassinosteroide keine Gibberelline gebildet werden.

Brassinosteroide gehören zu den Pflanzenhormonen, den sogenannten Phytohormonen. Bereits in kleinsten Mengen steuern Brassinosteroide zahlreiche wichtige Funktionen von Pflanzen. Über die Zellstreckung und Zellteilung regulieren sie vor allem das Wachstum der Pflanze und sind über die gesamte Lebensspanne der Pflanze hinweg aktiv. Auch bei der Stresstoleranz, der Zelldifferenzierung und der Samen-, Blüten- und Fruchtbildung einer Pflanze spielen Brassinosteroide eine wichtige Rolle. Wie Brassinosteroide gebildet werden und wie sie in der Pflanze von einem Ort zu anderen gelangen, ist bereits gründlich untersucht. Wie genau Brassinosteroide jedoch das Wachstum von Pflanzen fördern, war bisher unklar. Nun haben Wissenschaftler einen neuen, wichtigen Zusammenhang entdeckt: Brassinosteroide steuern die Bildung einer anderen Gruppe von Hormonen, die Gibberelline.

Zwergwüchsige Mutanten

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Wuchsdefekte der Modellpflanze Ackerschmalwand, die durch fehlende Steroidhormonwirkung ausgelöst werden (links), konnten durch Wiederherstellen der Gibberellinproduktion behoben werden (rechts).

Wuchsdefekte der Modellpflanze Ackerschmalwand, die durch fehlende Steroidhormonwirkung ausgelöst werden (links), konnten durch Wiederherstellen der Gibberellinproduktion behoben werden (rechts).

Quelle: © Brigitte Poppenberger / Technische Universität München

Gibberelline kurbeln das Wachstum der Pflanze an. Ist der Syntheseweg der Gibberelline gestört, bleibt die Pflanze kleinwüchsig. Das ist auch der Fall, wenn die Pflanze keine Brassinosteroide bildet. Der ähnliche Phänotyp beider Mutanten ließ Wissenschaftler bereits vermuten, dass die beiden Phytohormone miteinander verknüpft sind.

An der Modellpflanze Arabidopsis thaliana haben die Wissenschaftler nun untersucht, wie der Wachstumsprozess einer Pflanze beginnt. Dazu studierten die Forscher die Stoffwechselvorgänge in Arabidopsis-Pflanzen mit einem genetischen Defekt im Brassinosteroid-Stoffwechselweg. Äußerlich machte sich der Mangel an Phytohormonen in einer reduzierten Keimfähigkeit, einem gehemmtem Wachstum und verminderter Blütenbildung bemerkbar. Außerdem stellten die Forscher fest, dass die besagten Arabidopsis-Mutanten weniger Gibberelline herstellten. Brassinosteroide und Gibberelline mussten also in einem Zusammenhang miteinander stehen.

Zwergenwuchs umkehrbar

Als die Wissenschaftler das Schlüsselgen der Gibberellin-Biosynthese in den Brassinosteroid-defekten Arabidopsis-Mutanten exprimierten, konnten sie auf diese Weise viele der Entwicklungsstörungen der Pflanzen rückgängig machen. Ein weiterer Beweis, dass der beobachtete Phänotyp auf einen Mangel an Gibberellinen durch die fehlenden Brassinosteroiden zurückzuführen ist.

Transkriptionsfaktor als Bindeglied

Als Bindeglied zwischen den beiden Phytohormongruppen identifizierten die Wissenschaftler den Transkriptionsfaktor BES1. Dieses Gen-regulierende Protein wird von den Brassinosteroiden aktiviert und startet seinerseits die Produktion der Gibberelline. Damit haben die Forscher einen molekularen Mechanismus aufgeklärt, der in Pflanzen Zellstreckung und -teilung ermöglicht. 

Zwergenwuchs nicht immer schlecht

Kleinwüchsige Pflanzen sind jedoch nicht immer minderwertig. Manchmal sind zwergwüchsige Sorten in der Landwirtschaft und im Gartenbau ausdrücklich gewünscht. Dies ist zum Beispiel bei kleinwüchsigen Balkonvarianten verschiedener Nutzpflanzen, aber auch bei Getreidesorten der Fall. Kleine Gurken und Tomaten gedeihen auf Balkonen wegen des begrenzten Platzangebots schlichtweg besser; bei Gerste führen kürzere Halme und eine dadurch verbesserte Standfestigkeit zu höheren Erträgen.

Bereits in den 50er und 60er Jahren wurden die kleinwüchsigen Halbzwergsorten gezielt selektiert und gezüchtet, um die Erträge verschiedener Getreide wie Weizen und Reis zu steigern. Während der sogenannten Grünen Revolution paarten Landwirte die Zwergsorten mit einer intensivierten Kulturtechnik und konnten ihre Erträge auf diese Weise zu Teil um das Fünffache steigern. Dank der aktuellen wissenschaftlichen Studie kennt man nun, fast 70 Jahre später, die molekularen Zusammenhänge dieses Phänomens.

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