Wie die Blätter Dampf ablassen

Winzige Ventile an der Blattunterseite geben Wasserdampf kontrolliert an die Umgebung ab. Pflanzenforscher aus Würzburg und München haben aufgeklärt, wie das Finetuning dieser Spaltöffnungen funktioniert.

Ein fortwährender Wasserstrom in ihren Gefäßen ist für eine Pflanze überlebenswichtig. Damit er nicht abreißt, müssen alle Pflanzen Wasser kontrolliert über ihre Blätter verdunsten lassen. Über verschließbare Spaltöffnungen an der Blattunterseite gelangt der Wasserdampf nach außen. Sie sind als steuerbare Ventile für den Wasseraustausch zuständig. Wie die Öffnungsmechanik der Spaltöffnungen funktioniert ist bereits recht gut verstanden. Über die genauen Kommunikationsschritte und Signale, mit denen die Pflanze die Schließzellen steuert und in Bewegung setzt, war das Wissen noch unvollständig. Dies ist wichtig, um Nutzpflanzen zu züchten, die besser mit Trockenheit zurechtkommen. In vorangegangenen Studien haben die Forscher bereits bestimmte Ionenkanäle aufgespürt. Völlig unklar war aber bislang, welche Enzyme dafür sorgen, dass sich dieser Kanal öffnet, damit Anionen hindurchströmen können. Die Forscher hatten dazu 34 Enzyme als mögliche Kandidaten auf ihrer Liste eingekreist.

Kanalforschung im Krallenfrosch-Ei

Für ihre Experimente griffen die Wissenschaftler auf einen Trick zurück, um Ionenkanäle außerhalb von Pflanzenzellen untersuchen zu können. Sie verwendeten Froscheier als Protein-Fabriken. Spritzt man den genetischen Bauplan für einen Ionenkanal in diese Eier hinein, so produzieren sie die passenden Eiweiße und bauen diese in ihre Zellmembran ein. Gleichzeitig koppelten sie das Gen für den Schließzell-Anionenkanal an eine Hälfte des Gens für das Gelb-Fluoreszierende-Protein. Die andere Hälfte wurde nacheinander an jedes der 34 in Frage kommenden Enzymgene geknüpft. Das in zwei Hälften aufgeteilte Gelb-Fluoreszierende-Protein leuchtet nur, wenn das relevante Enzym an den Ionen-Kanal andockt. Mit diesem Ansatz gelang es den Forschern ein Calcium-abhängiges Enzym, eine so genannte Kinase, zu identifizieren. Über den gleichen Ansatz wurde auch noch das Enzym ermittelt, das den Kanal wieder abschaltet - eine Proteinphosphatase.