Forschung: Warum Pflanzen im Dunkeln Sprossen bilden

Dass Samen im Dunkeln als lange Sprossen keimen anstatt zu ergrünen und Blätter zu bilden, entscheidet ein Signal aus der Zellwand.

Im Labor lassen Ute Krämer und Scott Sinclair Samen unter verschiedenen Bedingungen keimen. Bild: © RUB, Marquard.

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Ein Signal aus der Zellwand entscheidet, dass Samen im Dunkeln als lange gelbe Sprossen keimen anstatt zu ergrünen und Blätter zu bilden. Was dieses Dunkelprogramm in der Pflanzenentwicklung anschaltet, war zuvor unbekannt. Frühere Studien hatten gezeigt, dass Lichtrezeptoren im Inneren der Pflanzenzellen diese Vorgänge schalten. Von einem wichtigen Signal außerhalb der Zellen berichtet nun die Zeitschrift „Current Biology“.

Der Artikel des Teams um Prof. Dr. Ute Krämer und Dr. Scott Sinclair von der Ruhr-Universität Bochum, Prof. Dr. Dominik Begerow, ebenfalls aus Bochum, sowie Kollegen aus Australien, Frankreich, der Schweiz und vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln erschien am 2. November 2017 online.

Zellwände sind nicht nur Stützen für die Zelle

„Zellwände werden oft als totes Material betrachtet, das den Zellen nur ihre Festigkeit gibt“, sagt Ute Krämer, Leiterin des Bochumer Lehrstuhls für Molekulargenetik und Physiologie der Pflanzen. „Diese Sichtweise ändert sich seit einigen Jahren.“ Die aktuelle Studie zeigt, dass die Zellwand der Pflanze unterschiedliche Entwicklungsprogramme schalten kann.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten mehrere Mutanten der Ackerschmalwand, deren Zellwände anders zusammengesetzt sind als normalerweise. Ihre Entwicklung verglichen sie mit der von genetisch unveränderten Pflanzen.

Dunkelprogramm sichert Überleben des Keimlings

Eine normale Ackerschmalwand mit intakter Zellwand bildet im Dunkeln Sprossen. „Dadurch erhöht sich die Chance, dass der Keimling die Erdoberfläche erreicht, um an das für die Fotosynthese nötige Licht heranzukommen, bevor die im Samen gespeicherten Energiereserven zu Ende gehen“, erklärt Scott Sinclair.

Mutanten mit veränderter Zellwand waren nicht in der Lage, dieses Dunkelprogramm einzuschalten. Sie entwickelten sich im Dunkeln so wie normale Pflanzen bei Licht. Weitere Untersuchungen zeigten, dass ihnen bestimmte Abbauprodukte von Pektin fehlten, einem komplexen Zuckermolekül, das im Haushalt oft als Geliermittel zum Einsatz kommt. Durch diese Abbauprodukte - so vermuten die Forscher - teilen Pflanzenzellen anderen Pflanzenzellen mit, dass es dunkel ist. (Quelle: Ruhr-Universität Bochum)

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