Zucker als Taktgeber: Forscher haben die „Stellschraube“ der Pflanzenuhr identifiziert. Demnach passen die Pflanzen ihren Rhythmus auf Basis des in den Zellen verfügbaren Zuckers an den Tag-Nacht-Wechsel an. Bestimmte Sensoren registrieren, wie viel dieses Energielieferanten bei der Fotosynthese produziert wird. Anhand dieser Informationen wird der Takt der inneren Uhr dann so eingestellt, dass er mit der Umwelt synchron läuft. Diese Erkenntnis könnte auch für die Landwirtschaft interessant sein.
Nicht nur Menschen und Tiere, auch Pflanzen passen ihr Verhalten an den Tag-Nacht-Rhythmus an. Der Takt ihrer inneren Uhr bestimmt, wie schnell sie wachsen, wann sie ihre Blüten und Blätter öffnen oder besonders viele Duftstoffe und Nektar produzieren. Dabei muss dieser interne Taktgeber nicht nur dafür sorgen, dass die vielen Abläufe im Pflanzenkörper perfekt aufeinander abgestimmt sind, sondern auch, dass sie mit den Bedingungen in der Umwelt synchron laufen.
Doch wie genau funktioniert das? Um herauszufinden, wie die innere Uhr von Pflanzen tickt, haben Alexander Frank von der University of Cambridge und seine Kollegen nun die Modellart Arabidopsis thaliana untersucht, die Ackerschmalwand. Sie wollten wissen: Wie kann der interne Taktgeber dieser Pflanze die Tageszeit erkennen?
Zuckersensor reguliert Taktgeber
Bei ihren Experimenten stellten sie fest: Offenbar registriert der Kreuzblütler, wie viel Zucker in seinen Zellen zur Verfügung steht. „Die Pflanze misst kontinuierlich die Zuckermenge, die bei der Fotosynthese entsteht und nutzt diese Information, um die Abläufe im Körper entsprechend daran anzupassen“, erklärt Mitautor Antony Dodd von der University of Bristol.
Entscheidend für diesen Prozess ist offenbar eine Kinase namens SnRK1. Dieses Enzym fungiert als Zuckersensor und reguliert wiederum die Aktivität eines wichtigen Transkriptionsfaktors, der Einfluss auf das Uhrengen PRR7 nimmt. Daneben wirkt noch ein weiteres Enzym sowohl auf diesen Transkriptionsfaktor als auch auf die Kinase. Dieses synthetisiert einen bestimmten Zucker, der als wichtiger Signalstoff in Pflanzen bekannt ist – und unter anderem Einfluss auf den Stoffwechsel nimmt.
Mehr Ertrag bei Nutzpflanzen?
Über diese drei molekularen Komponenten verschiebt sich der Takt der inneren Uhr als Reaktion auf die aktuelle Verfügbarkeit von Energie. „Unsere Ergebnisse entschlüsseln erstmals einen Mechanismus in Pflanzen, der den zirkadianen Rhythmus nach hinten oder nach vorne verschiebt, um mit der Umwelt synchron zu sein“, konstatiert Dodd.
Diese Erkenntnis könnte den Wissenschaftlern zufolge für die Landwirtschaft von Interesse sein. Denn die innere Uhr stellt unter anderem sicher, dass Pflanzen zur korrekten Jahreszeit reifen. Veränderungen von zirkadianen Rhythmen spielen demzufolge eine Rolle bei der Domestikation und dem Züchten neuer Pflanzensorten.
„Das bedeutet: Der von uns entdeckte Mechanismus kann in der Zukunft womöglich genutzt werden, um den Ertrag von Nutzpflanzen zu verbessern“, schließt Dodd. (Current Biology, 2018; doi: 10.1016/j.cub.2018.05.092)
(University of Bristol, 03.08.2018 – DAL)
