Wenn Pflanzen durch Umwelteinflüsse gestresst sind, passen sie sich den veränderten Bedingungen an. Um die Informationen für die Veränderung an ihre Zellkerne zu leiten, nutzen sie Kalzium-Ionen. Freiburger Biologen haben nun ein Protein entdeckt, das an der schnellen Weiterleitung der Informationen beteiligt ist.
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Die Wissenschaftler um Wolfgang Frank und Professor Ralf Reski berichten über ihre neuen Erkenntnisse in der aktuellen Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS)“.
Kalzium-Ionen sind der Schlüssel
Der globale Klimawandel führt zu immer größeren Wetterextremen wie Stürmen, Überflutungen, Hitze und Trockenheit. Gleichzeitig sorgt die intensive Landwirtschaft für eine Versalzung der Ackerböden. Diese Extreme bedeuten für uns alle Stress. Pflanzen sind hiervon besonders betroffen, weil sie vor extremen Wetterbedingungen nicht davonlaufen können. Deshalb haben sie im Laufe ihrer Evolution Mechanismen entwickelt, um sich vor solchen Stressbedingungen zu schützen.
Um diese Strategien aktivieren zu können, müssen Pflanzen beispielsweise erhöhte Salzkonzentrationen im Boden bemerken und diese Information über eine schnelle Signalleitung an ihre Zellkerne, die Horte ihrer genetischen Information, melden. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass bei vielen Reizleitungen sowohl im Pflanzen- als auch im Tierreich Kalzium-Ionen eine wichtige Funktion erfüllen.
Blasenmützenmoos als Forschungsobjekt
Dabei kommt es innerhalb der Zellen zu sehr schnellen Veränderungen der Konzentration dieser Kalzium-Ionen. Diese rhythmischen Veränderungen bilden bestimmte Muster aus, die die Information kodieren.
Die Biologen der Universität Freiburg haben nun zusammen mit britischen Kollegen ein Protein, eine so genannte Ca2+-ATPase, aus dem Kleinen Blasenmützenmoos Physcomitrella patens identifiziert, das zentral an dieser schnellen Signalleitung beteiligt ist.
Winzige Vorratsbehälter
Nach einem so genannten „Spike“ pumpt das Protein Ca2+-ATPase überschüssige Kalzium-Ionen aus dem Zytoplasma in die als Vorratsbehälter in den Mooszellen fungierenden kleinen Vakuolen. Diese Zellorganellen unterscheiden sich von der lang bekannten Zentralvakuole und wurden erst vor kurzem entdeckt. Ihre Funktion innerhalb der Pflanzenzelle war zunächst nicht bekannt. Somit ist die neu entdeckte pflanzliche Kalzium-ATPase zentral an der Ausbildung des Kalziummusters in der Zelle beteiligt.
Moose, in denen die Freiburger Biologen dieses Protein gezielt ausgeschaltet hatten, konnten auf erhöhten Salzkonzentrationen nicht überleben. Die Forscher hoffen nun, dass sich das neue Wissen auf Nutzpflanzen übertragen lässt, um sie so widerstandsfähiger gegenüber versalzten Böden zu machen. Versalzte Böden sind besonders in Entwicklungsländern ein großes Problem.
(idw – Universität Freiburg im Breisgau, 04.12.2008 – DLO)
