Hormone steuern auch bei Pflanzen Entwicklungsprozesse und Stoffwechselvorgänge. Am wichtigsten ist für sie das Auxin: Ohne dieses Phytohormon würden weder Wurzeln wachsen noch Blüten oder Blätter an der richtigen Stelle sitzen. Die Transportproteine, die Auxin von Zelle zu Zelle transportieren, sind seit längerem bekannt. Dachte man zumindest. Doch jetzt haben Münchener Forscher ein zusätzliches Protein entdeckt, das an der Verteilung des Hormons beteiligt ist.
Ohne diesen „Regler“ scheinen die eigentlichen Transportproteine nicht richtig zu funktionieren. Damit ist eine neue Ebene der Auxin-Verteilung bei Pflanzen entdeckt, berichten die Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) in der Fachzeitschrift „Development“.
Multitalent Auxin
Pflanzen stehen beim Wachsen – im Gegensatz zu Mensch und Tier – von einer besonderen Herausforderung: Sie müssen immer wieder neue Organe wie Wurzeln oder Blütenblätter an der richtigen Stelle bilden und auswachsen. Dass die Pflanze dabei ihr Leben lang einem perfekten und meistens vorhersagbaren Bauprinzip folgt, liegt am Phytohormon Auxin. Es wird von der Pflanze produziert und reichert sich in so genannten Gründerzellen an, aus denen Wurzeln, Blätter oder Blüten entstehen.
Wie das Hormon zum Ziel kommt, weiß man bereits: Spezielle Export-Proteine transportieren das Auxin aus der Pflanzenzelle in den Zellzwischenraum und spezielle Import-Proteine tragen es aus dem Zellzwischenraum weiter in die Nachbarzelle – immer im Wechsel, bis zum Bestimmungsort.
Aufgabe einer Proteinkinase enthüllt
Ein Forscherteam um Professor Claus Schwechheimer vom Lehrstuhl für Systembiologie der Pflanzen am Wissenschaftszentrum Weihenstephan der TUM hat jetzt ein weiteres am Auxintransport beteiligtes Protein entdeckt. Es fiel den Biologen auf, während sie an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana als Modellpflanze eine so genannte Proteinkinase untersuchten.
„Proteinkinasen regulieren quasi wie ein Kippschalter die Aktivität anderer Proteine, indem sie diese durch Anhängen eines Phosphatrests verändern. Uns fiel im konkreten Fall auf, dass die untersuchte Proteinkinase verblüffend ähnlich in der Pflanzenzelle verteilt war wie das bekannte Export-Protein für Auxin“, erklärt Schwechheimer.
Gleichzeitig konnten die Forscher zeigen, dass Pflanzen, denen diese Proteinkinase fehlt, Probleme bei der Ausbildung von Wurzeln und Blüten haben. Umgekehrt wies das Team nach, dass Pflanzen, die stattdessen zuviel Proteinkinase produzieren, im Vergleich zum normalen Ackerschmalwand-Pflänzchen Wurzeln an ungewöhnlichen Stellen ausbilden können.
Proteinkinase verändert Export-Protein für Auxin
Die logische Schlussfolgerung aus diesen Beobachtungen und der Gleichverteilung beider Substanzen: Die neu entdeckte Proteinkinase kann das Export-Protein für Auxin verändern – und den Transportweg des Hormons somit kontrollieren. Dem Team ist es also gelungen, eine neue molekulare Ebene bei der Kontrolle des Auxintransports aufzudecken.
In einem nächsten Schritt untersuchen die Forscher jetzt, an welchen Stellen genau die Proteinkinase das Export-Protein für Auxin verändert. Diese Frage ist durchaus relevant für die Praxis: Auxine finden als Wachstumsregulatoren vielfach Anwendung in Gartenbau und Landwirtschaft, zum Beispiel bei der Stecklingsbewurzelung.
Schwechheimer ist sich sicher: „Durch ein genaueres molekulares Verständnis des Auxintransports wird es in Zukunft möglich sein, die Auxine bei der Kontrolle des Pflanzenwachstums gezielter einzusetzen.“
(idw – Technische Universität München, 27.01.2009 – DLO)
