Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Blühhormon bestimmt den Zeitpunkt der Kartoffelernte

18.10.2011
Das Pflanzenhormon Florigen war bisher als Signalgeber der Blütenbildung bekannt. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Botenstoff auch das Wachstum von Kartoffeln an jahreszeitliche Rhythmen anpasst.

Als die Kartoffel im 16. Jahrhundert mit spanischen Schiffen aus Südamerika nach Europa kam, sah die europäische Bevölkerung zunächst keinen Anlass, von den üblichen Nahrungsmitteln, wie Getreidebrei und Brot, auf die braunen Knollen zu wechseln. Die eingeführten Kartoffelsorten enthielten damals noch einen besonders hohen Anteil des Solanins, einem Gift der Nachtschattengewächse, dass Übelkeit und Kopfschmerzen verursacht. Auch der Anbau der Pflanzen gestaltete sich zunächst schwierig.

Die damaligen Kartoffelpflanzen waren in ihrem Wachstum an die kurzen Tage ihrer äquatornahen Herkunftsländer angepasst, in denen die Tageslichtdauer weniger als 14 Stunden beträgt. Diese "Kurztagskartoffeln" mit der botanischen Bezeichnung Solanum tuberosum ssp. andigena bildeten während der langen Sommertage in Europa oft meterlange Ausläufer aus, an denen erst zum Herbst viel zu kleine, grüne, solaninhaltige Knollen entstanden.

Kartoffeln wachsen nach einer inneren Uhr

Im Laufe der Evolution und durch gezielte Züchtung sind mittlerweile über 3.000 Kartoffelsorten entstanden, die in den unterschiedlichsten Klimaregionen der Welt angebaut werden. Dass die Kartoffel mittlerweile weltweit als drittwichtigstes Nahrungsmittel nach Reis und Weizen gehandelt wird, verdankt sie nicht zuletzt ihrer großen Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Jahresrhythmen. So warten die spätreifenden Sorten Mitteleuropas mit der Knollenbildung bis zum Herbst, wenn die Temperaturen sinken und die Tage kürzer werden. Frühkartoffeln beginnen dagegen schon in den langen Tagen des Aprils mit Blüte und Knollenbildung, weshalb sie auch als Langtagespflanzen bezeichnet werden. Eine innere Uhr scheint in den Pflanzen dafür zu sorgen, dass die unterschiedlichen Sorten optimal an die jahreszeitlichen Schwankungen der Tageslichtlänge in verschiedenen Regionen angepasst sind.

Ein Blühhormon steuert das jahreszeitliche Knollenwachstum

Wie genau das molekulare Uhrwerk des Kartoffelwachstums funktioniert, war bisher jedoch unbekannt. Auf diesem Gebiet ist Wissenschaftlern jetzt ein Durchbruch gelungen.

Sie entdeckten, dass das Wachstum von Kartoffelknollen durch die gleichen molekularen Signale gesteuert wird, die auch die jahreszeitliche Blütenbildung in Pflanzen kontrollieren. Durch diese Botenstoffe sind Pflanzen in der Lage, die Tageslänge mit ihren Blätter zu messen und die Information an die umliegenden Organe weiterzuleiten. Im Falle der Blütenbildung handelt es sich um das Hormon Florigen, das von den Blättern zu den Spitzen des Sprosses transportiert wird, um dort die Blütenbildung einzuleiten.

Dass das Signalprotein auch Kartoffelknollen wachsen lässt, erkannten die Forscher als sie das als Hd3a bezeichnete Gen, welches einen Florigen-verwandten Botenstoff der Reispflanze verschlüsselt, auf Kartoffelpflanzen der Sorte Solanum tuberosum ssp. andigena übertrugen, die normalerweise nur an kurzen Tagen Kartoffeln bilden. Aktivierten die genetisch veränderten Pflanzen das Reisgen, begannen sie auch an langen Tagen zu blühen und unterirdische Speicherknollen auszubilden. Die genetische Umwandlung von einer Kurztages- zu einer Langtageskartoffelpflanze durch das Reishormon, ließ sich sogar auf genetisch unveränderte Wildtyppflanzen übertragen, wenn die Wissenschaftler die Sprossachse der Hd3a Kartoffelpflanzen auf die Wurzeln von Wildtyppflanzen pfropften und umgekehrt.

Auch Kartoffeln produzieren Florigen

Florigen bzw. eine seiner Komponenten, FLOWERING LOCUS T (FT), wurde erstmals 2004 in der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana entdeckt. In Kartoffelpflanzen wusste man bislang nichts von entsprechenden Blühhormonen. In ihrer Studie stießen die Pflanzenforscher jedoch im kürzlich entschlüsselten Kartoffelgenom auf zwei Florigen-verwandte Gene, das Gen StSP6A und das Gen StSP3D. Beide sind besonders in Blättern und den unterirdischen Seitenausläufern aktiv, den sogenannten Stolonen, an deren Enden sich die Kartoffelknollen ausbilden.

StSP6A macht aus Kurztags- Langtageskartoffeln

Tatsächlich scheinen StSP6A und StSP3D wichtige Signalproteine zu produzieren, die den Zeitpunkt von Blüte und Knollenwachstum regulieren. Genau wie Hd3a aus Reis machte StSP6 aus Kurztages- Langtagespflanzen, wenn gentechnisch veränderte Pflanzen eine besonders große Menge an StSP6 produzierten. Hemmten die Forscher die Produktion von StSP6A durch die RNA-Interferenz-Methode, so verzögerte sich die Kartoffelbildung wieder.

Um zu verstehen, wie genau die Lichtsignale StSP6 regulieren, untersuchten die Wissenschaftler einen bereits bekannten Schlüsselfaktor der inneren Uhr. CONSTANS (CO) wurde in A. thaliana entdeckt und steht in direkter Wechselwirkung mit den Lichtrezeptoren der Pflanze. In Reispflanzen, die nur bei kurzen Tageslängen blühen, reichert sich der Botenstoff im Herbst in den Pflanzenblättern an und aktiviert das Florigen. Bei langen Tagen unterdrückt er die Florigen-Produktion.

Die Ergebnisse der Wissenschaftler deuten darauf hin, dass StSP6A über einen ähnlichen Schaltkreis reguliert wird. Ähnlich wie im Reis, hemmte CO die Aktivierung des StSPA-Gens nur an langen Tagen und unterdrückte somit Knollen- und Blütenbildung.

Neue Kartoffelsorten für den Kampf gegen den Welthunger

Im Laufe der Evolution scheinen sich jedoch auch Regulationsmechanismen ausgebildet zu haben, die die Blütenbildung von der Tageslänge entkoppeln. So ist die Funktion des StSP6A-Gens in einigen Tomatensorten, wie die Kartoffel ein Nachtschattengewächs, durch eine genetische Mutation gänzlich verloren gegangen.

Auch die Ergebnisse der Studie zeigen, dass nicht alle Signalmoleküle, die die Blütenbildung steuern, jahreszeitlich reguliert sind. Manipulationen des StSP3D-Gens, das ebenfalls Blütenbildung einleitet, hatten beispielsweise keinen Einfluss auf den Zeitpunkt der Knollenbildung. Zudem wird seine Aktivität unabhängig von CO nur schwach durch die Tageslänge beeinflusst.

Für die Wissenschaftler sind dies erste Hinweise darauf, dass Änderungen von Genaktivitätsmustern und Abwandlungen der molekularen Regelwerke dazu führen, dass sich Kartoffelpflanzen an unterschiedliche Klimabedingungen anpassen.

Die Kartoffel gilt derzeit als eines der wichtigsten Nahrungsmittel im Kampf gegen den Welthunger, da sie schneller wächst als jede andere Kulturpflanze, weniger Platz braucht, hohe Erträge liefert, sich hervorragend in Fruchtfolgen einpasst und noch dazu in anderen Klimazonen gedeihen kann als beispielsweise Mais, Getreide oder Reis.

Der aufgedeckte Mechanismus könnte entscheidend zur Entwicklung neuer Kartoffelsorten beitragen, um den Kartoffelanbau auf Teile der Welt auszuweiten, in denen die Kartoffel heute noch keine Anbaurolle spielt.

Quelle:
Navarro C. et al. (2011). Control of flowering and storage organ formation in potato by FLOWERING LOCUS T. Nature 478: doi:10.1038/nature10431

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/ein-bluehhormon-bestimmt-den-zeitpunkt-der-kartoffelernte?piwik_campaign=newsletter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Klimawandel – die Tanne sticht Fichte und Buche aus
10.08.2017 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

nachricht Feuerbrand bekämpfen und Salmonellen nachweisen
14.06.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie