Länge von Pflanzenwurzeln wird durch Hormone gesteuert

Molekulare Bremse für das Wurzelwachstum

„Es hat sich gezeigt, dass das Protein SMAX1 die Produktion von Ethylen bremst“, sagt Caroline Gutjahr. Ethylen ist ein Pflanzenhormon und gilt als Auslöser oder Beschleuniger der Reifung zahlreicher Früchte und Gemüse, doch es kann auch noch andere Vorgänge in Pflanzen auslösen. Wenn weniger des gasförmigen Hormons in der Pflanze erzeugt wird, regt dies die Pflanze dazu an, lange Wurzeln und kurze Wurzelhaare wachsen zu lassen.

Die Bremse SMAX1 kann gelöst werden, wenn der sogenannte Karrikin-Signalweg, aktiviert wird, wodurch ein weiteres Hormon ins Spiel kommt. Dadurch wird die Herstellung von Ethylen angeschaltet, was dazu führt, dass die Wurzeln kurz bleiben und die Wurzelhaare in die Länge wachsen.

Damit ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erstmals gelungen, die molekularen Vorgänge, die durch den Karrikin-Signalweg angeschaltet werden, nachzuvollziehen und zu zeigen, durch welche molekularen Mechanismen dieser Signalweg Entwicklungsprozesse in Pflanzen reguliert.

„Überraschenderweise hat dieser Mechanismus einen enormen Einfluss auf die Wurzeln des Hülsenfrüchtlers Lotus japonicus, der Modellpflanze für Erbsen, Bohnen und Linsen, an der wir unsere Studie durchführten“, sagt Gutjahr.

Einen viel schwächeren Einfluss hingegen beobachtete das Forschungsteam bei den Wurzeln einer anderen Modellpflanze, der Arabidopsis thaliana oder Ackerschmalwand, die mit den Kohlgewächsen verwandt ist.

„Das zeigt, dass die Diversität der Pflanzen sich nicht nur im Aussehen widerspiegelt, sondern auch in der Wirkung ihrer molekularen Schaltmechanismen auf das Wachstum“, folgert die Forscherin.

„Wenn wir genauer verstehen, wie Wurzelwachstum auf molekularer Ebene und in Abstimmung mit Umweltreizen reguliert wird, können wir Pflanzen für die Landwirtschaft züchten, welche besser mit ungünstigen Umweltbedingungen zurechtkommen und damit auch unter diesen ungünstigen Bedingungen Ertrag bringen“, sagt die Wissenschaftlerin.

Daher erforscht ihre Arbeitsgruppe nun, wie die identifizierten Hormonsignalwege (Karrikin- und Ethylen-Signalweg) auf unterschiedliche Umweltbedingungen reagieren. Damit möchten sie herausfinden, wie diese beiden Signalwege gemeinsam mit den Fühlern zusammenarbeiten, mit denen eine Pflanze verschiedene Umwelteinflüsse wahrnimmt. Dann können sie das Wurzelwachstum an diese Umweltbedingungen so anpassen, dass es für die Pflanze möglichst gewinnbringend ist.