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Warum richten sich die pflanzen nach dem licht aus?

pressemitteilung vom 26. Oktober 2004

Das Zusammenspiel zweier verschiedener Typen von Lichtrezeptoren ist dafür verantwortlich, dass sich Pflanzentriebe gegen eine Lichtquelle biegen. Dies ist das wichtigste Ergebnis einer Studie, die von Biologen des Nationalen Forschungsschwerpunkts Plant Survival durchgeführt wurde, einem Kompetenznetzwerk, das von der Universität Neuenburg geleitet wird. Diese Resultate sind die Früchte der Arbeit eines Forscherteams an der Universität Genf und werden im Dezember 2004 in der wissenschaftlichen Zeitschrift «The Plant Journal» veröffentlicht.

Das Wachstum der Pflanzen wird stark durch das Licht beeinflusst. Wir alle tragen das Bild einer Pflanze im Kopf, die ihre Blätter in der Richtung eines Fensters öffnet, von wo sie die Dosis Photonen erhält, die sie zu ihrer Entfaltung braucht. Dieses Phänomen heisst Phototropismus und wurde bereits Ende des 19. Jahrhunderts von Charles Darwin beschrieben. Doch nach wie vor bleiben viele Fragen zu den Mechanismen bestehen, die für das Phänomen verantwortlich sind. Patricia Lariguet und Christian Fankhauser, Spezialisten für Molekularbiologie an der Universität Genf, tragen nun entscheidende Elemente zur Klärung dieser Fragen bei. Ihre Untersuchungen, die diese Woche in Argentinien im Rahmen der Buenos Aires Plant Biology Lectures präsentiert werden, zeigen, dass die Richtung, in welche die Zweige wachsen, durch das Zusammenspiel zweier verschiedener Typen von Lichtrezeptoren bestimmt wird. Das heisst von Proteinen in den Pflanzenzellen, die in der Lage sind, ein Lichtsignal zu empfangen und weiterzuleiten.

Das der Studie zu Grunde liegende Experiment besteht darin, einen Triebe von Arabidopsis, einer Modellpflanze, die in der Pflanzenbiologie immer häufiger zum Einsatz kommt, von der Seite her zu beleuchten und zwar so, dass die Hälfte der Pflanze im Schatten bleibt. Wie sich zeigt, hat die unterschiedliche Exposition eine Auswirkung auf die Aktivität einer ersten Kategorie von Lichtrezeptoren, den Phototropinen. Sie reduzieren, wenn sie Licht erhalten, die Produktion des Pflanzenhormons Auxin, von dem man weiss, dass es das Zellwachstum im Stengel regelt. Die Folge: Die im Schatten liegenden Zellen des Stengels werden länger als die dem Licht ausgesetzten, wodurch sich der gesamte Pflanzentrieb in Richtung der hellen Seite biegt.

Doch die Phototropine handeln nicht allein, und hier liegt der zentrale Punkt der Entdeckung der Forscher des NFS Plant Survival. Patricia Lariguet und Christian Fankhauser haben nachgewiesen, dass eine andere Familie von Lichtrezeptoren, die Phytochrome, die Wirkung der Phototropine verstärkt. Zwar war bereits bekannt, dass Phytochrome die natürliche Tendenz der Pflanzen verstärken, dem Licht entgegen zu wachsen. Doch fehlte bislang die Erklärung wie genau dies geschieht. Die vorgelegte Studie weist nach, dass Phytochrome, wenn sie von schwachem Blaulicht stimuliert werden, die Fähigkeit der Pflanzen hemmt, der Schwerkraft entgegengesetzt, vertikal zu wachsen. Von ihrer vertikalen Komponente befreit, folgt die Wachstumsachse nun lieber der Richtung der seitlichen Lichtquelle.

Obwohl es sich hier um Grundlagenforschung handelt, betrifft diese Erklärung zentrale Mechanismen pflanzlichen Lebens und ist auch für die Landwirtschaft von Interesse. Man muss sich nur vor Augen halten, wie dicht zum Beispiel die Pflanzen vieler Kulturen auf den Feldern stehen: Ein Gedränge, das die Schattenzonen vergrössert und Individuen mit grossen Zweigen und kleinen Blättern bevorteilt. Dies wirkt sich unmittelbar auf den Ertrag, gemessen in geernteter Biomasse, aus. So wird leicht ersichtlich, wie wichtig das bessere Verständnis der Art und Weise ist, wie die Pflanzen mit der Lichtenergie umgehen. Denn nicht zu letzt trägt dieses Wissen dazu bei, in der Landwirtschaft bessere Erträge zu erzielen und zu erhalten.

fur weitere information

Université de Genève
Département de biologie moléculaire

Dr Patricia Lariguet
Tél: +41 22 379 6117
patricia.lariguet(at)molbio.unige.ch

Prof. Christian Fankhauser
Tél: +41 22 379 6116
christian.fankhauser(at)molbio.unige.ch

ab dem 1. Januar 2005 am:
Centre Intégratif de Génomique
Université de Lausanne
Christian.Fankhauser(at)unil.ch

Redaktor: Igor Chlebny