Durchbruch für Reiswurzeln

Die Expertin für Entwicklungsbiologie und Physiologie der Pflanzen ist jetzt gemeinsam mit Privatdozentin Dr. Bianka Steffens, Dr. Alexander Kovalev und Bionik-Professor Stanislav Gorb der Frage nachgegangen, wie sich Reispflanzen davor schützen, bei Überflutungen nicht zu ertrinken. Die Ergebnisse veröffentlichten sie in der aktuellen Ausgabe (August-Heft) des Fachjournals The Plant Cell.

Mit der Ausbildung oberirdischer Wurzeln lösen Reispflanzen unter anderem ihr Sauerstoffproblem auf gefluteten Ackerböden. Dabei machen sie sich einen genialen Trick zu eigen, mit dem die Pflanze verhindert, dass die Epidermis (die äußere Hülle der Pflanze) von der Wurzel zerrissen und die Durchbruchstelle ein Einfallstor für Bakterien wird. „Der Mechanismus besteht aus zwei Teilen“, erklärt Sauter.
„Ein Hormon sorgt dafür, dass ein programmierter Zelltod einsetzt und die Epidermis-Zellen absterben.“ Dieser Prozess müsse aber auf die Stelle begrenzt werden, an der die Wurzel auswächst. Deshalb sei die Wirkung des Hormons an ein weiteres Signal gekoppelt: „Der Druck durch die wachsende Seitenwurzel übernimmt diese Aufgabe und sagt dem Hormon, wo es aktiv werden soll“, so Sauter weiter. Nur die Kombination beider Signale öffnet der Wurzel den Weg.

Beweisen konnte Sauter ihre Ergebnisse mithilfe der Biomechanik. Professor Stanislav Gorb entwickelte mit seinem Team eigens eine „Druckanlage“, die den Druck durch eine wachsende Seitenwurzel simuliert. „Wird dieser Druck auf die Epidermis der Reispflanze ausgeübt, sterben an dieser Stelle die Epidermis-Zellen ab“, erklärt Gorb. Knifflig war es, die Stärke des Drucks herauszufinden. Aber auch dieser Aufgabe stellten sich die Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erfolgreich.

Die Grundlagenforschung an Reispflanzen bringt Erkenntnisse über Eigenschutzmechanismen von Pflanzen. Sauter: „Wenn wir verstehen, wie sich bestimmte Pflanzen in Stresssituationen wie Überflutungen oder Trockenheit verhalten, können wir vielleicht irgendwann unseren heimischen Nutzpflanzen dieses Verhalten beibringen.“

Originalpublikation:
http://www.plantcell.org/content/24/8/3296.full
„Emerging Roots Alter Epidermal Cell Fate through Mechanical and Reactive Oxygen Species Signaling“, DOI: 10.1105/tpc.112.101790
The Plant Cell, Vol 24

Bilder stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-336-1.jpg
Bildunterschrift: Die Seitenwurzel einer Reispflanze durchbricht die Epidermis. Durch Druck in Verbindung mit einem Hormon sterben die Epidermis-Zellen an der Durchbruchstelle ab und machen den Weg für die Wurzel frei.
Copyright: CAU

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Bildunterschrift: Unter dem simulierten Druck einer entstehenden Seitenwurzel reagiert die Reispflanze mit lokalem, programmiertem Zelltod.
Copyright: CAU

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Bildunterschrift: Elektromikroskopische Aufnahme der entstehenden Seitenwurzeln in der Reispflanze.

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