Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie wachsen Pflanzen zum Licht?

27.05.2013
Wissenschaftler klären Mechanismus der lichtabhängigen Pflanzenbewegung

Pflanzen haben mehrere Strategien entwickelt, um mit ihren Blättern möglichst viel Sonnenlicht einzufangen. Wie sich auch bei Topfpflanzen am Wohnzimmerfenster beobachten lässt, wachsen Pflanzen immer in Richtung des einfallenden Lichts. So können sie ihren Energiebedarf durch Photosynthese optimal decken. Die treibende Kraft hinter dieser Bewegung ist das Pflanzenhormon Auxin – das konnte jetzt ein internationales Forschungsteam eindeutig klären.


Pflanzen wachsen zum Licht – verantwortlich dafür ist das Pflanzenhormon Auxin. (Foto: C. Schwechheimer/TUM)

Das Wachstum der Pflanzen zum Licht ist besonders zu Beginn eines Pflanzenlebens wichtig. Viele Samen keimen im Boden aus und ernähren sich im Dunkeln von ihren begrenzten Stärke- und Fettreserven. Durch massives Längenwachstum entgegen der Schwerkraft, die als erste Orientierungshilfe dient, streben die Keimlinge an die Oberfläche. Mit Hilfe hochsensibler Lichtdetektor-Proteine finden sie den kürzesten Weg zum Sonnenlicht – und können sich dafür auch in die Richtung des Lichts krümmen.

„Auch erwachsene Pflanzen krümmen sich in die Richtung des stärksten Lichteinfalls; und sie bewerkstelligen das, indem sich die Zellen des Stamms auf der dem Licht abgewandten Seite verstärkt strecken. Diese Form des lichtgerichteten Wachstums nennt man Phototropismus“, erklärt Prof. Claus Schwechheimer vom Lehrstuhl für Systembiologie der Pflanzen an der Technischen Universität München (TUM).

Schleuser bringen Pflanzenhormon zum Ziel

Verantwortlich für die Zellstreckung ist das Auxin. Das Phytohormon wird in Zellen an der Sprossspitze gebildet und von dort aus von Zelle zu Zelle weitergeleitet. So gelangt es über viele Zwischenstationen zu seinem Bestimmungsort. „Export- und Importproteine schleusen das Auxin aus der Zelle heraus, und dann vom Zellenzwischenraum wieder in die nächste Zelle, und so weiter – bis es letztlich an seinem Ziel ankommt“, sagt Schwechheimer.

Die wichtigsten Proteine in diesem Prozess sind die „PINs“ genannten Exportproteine, die dem Auxinfluss die Richtung vorgeben. Wie das Team um Schwechheimer zeigen konnte, arbeiten diese PINs nicht alleine: „Sie benötigen das Signal der Proteinkinase D6PK“, führt Schwechheimer aus. „Das Kinase-Enzym schaltet die PINs durch die Übertragung von Phosphatgruppen an – so dass sie als Auxin-Schleuser aktiv werden.“

Welche Rolle spielt das Auxin?

Die Bewegungen der Pflanzen hat der große Naturforscher Charles Darwin 1880 in seinem Standardwerk „The power of movement in plants“ erstmals ausführlich beschrieben. Dass bei der Licht-gesteuerten Krümmung das Pflanzenhormon Auxin eine Rolle spielen könnte, war bereits 1937 vom niederländische Forscher Frits Went im Cholodny-Went Modell vorgeschlagen worden.

Obwohl danach viele Beobachtungen dieses Modell unterstützten, fehlte bisher der Beweis dafür, dass das Auxin auch wirklich an diesem Prozess beteiligt ist. Warum, erklärt Prof. Christian Fankhauser von der UNIL (Université de Lausanne) in der Schweiz: „Alle bislang verfügbaren Pflanzen mit einem bekannten Defekt im Auxintransport zeigten einen normalen Phototropismus. Warum sollte also der Auxintransport für den Phototropismus wichtig sein?“

Modell der Auxin-gesteuerten Krümmung bestätigt

Die Antwort auf diese Frage fanden die TUM-Forscher in Zusammenarbeit mit ihren Kollegen an der UNIL. Den Schweizer Forschern gelang es, in einer Pflanze gleichzeitig mehrere PIN-Transporter auszuschalten; die TUM-Wissenschaftler konnten gleichzeitig die Funktion der D6PK-Proteine aufklären.

Das Ergebnis: Wenn mehrere der PIN- und Kinase-Komponenten fehlten, waren die Pflanzen in ihrem Wachstum komplett unempfänglich gegenüber den Lichtsignalen, die den Phototropismus auslösen. Der Auxin-Transport in diesen Mutanten war stark beeinträchtigt: Unabhängig vom Lichteinfall wuchsen sie entgegen der Schwerkraft nach oben. Damit konnten die Wissenschaftler erstmals eindeutig belegen, dass das Hormon Auxin der Stoff ist, der den Pflanzen die Kraft zum Phototropismus gibt.

Publikation:
Willige, B.C., Ahlers, S., Zourelidou, M., Barbosa, I.C.R., Demarsy, E., Trevisan, M., Davis, P.A., Roelfsema, M.R.G., Hangarter, R., Fankhauser, C., and Schwechheimer, C. (2013). D6PK AGCVIII kinases are required for auxin transport and phototropic hypocotyl bending in Arabidopsis; Plant Cell (http://www.plantcell.org/lookup/doi/10.1105/tpc.113.111484)
Pressemitteilung und Bildmaterial im Web:
http://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/30854/
Weitere Informationen:
Pressemitteilung: Wege des Wachstums - Neues Protein für Hormontransport bei Pflanzen entdeckt: http://www.wzw.tum.de/index.php?id=185&tx_ttnews[tt_news]=126
Kontakt:
Prof. Dr. Claus Schwechheimer
Technische Universität München
Lehrstuhl für Systembiologie der Pflanzen
T: +49.8161.712880
E: claus.schwechheimer@wzw.tum.de
W: http://www.wzw.tum.de/sysbiol/
Die Technische Universität München (TUM) ist mit rund 500 Professorinnen und Professoren, 9.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und 32.000 Studierenden eine der führenden technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunktfelder sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften, Medizin und Wirtschaftswissenschaften. Nach zahlreichen Auszeichnungen wurde sie 2006 und 2012 vom Wissenschaftsrat und der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Exzellenzuniversität gewählt. In nationalen und internationalen Vergleichsstudien rangiert die TUM jeweils unter den besten Universitäten Deutschlands. Die TUM ist dem Leitbild einer forschungsstarken, unternehmerischen Universität verpflichtet. Weltweit ist die TUM mit einem Campus in Singapur sowie Niederlassungen in Peking (China), Brüssel (Belgien), Kairo (Ägypten), Mumbai (Indien) und São Paulo (Brasilien) vertreten.

Prof. Dr. Claus Schwechheimer | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Verteidigung um fast jeden Preis
14.12.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

nachricht Mitochondrien von Krebszellen im Visier
14.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten