Botanikern der TU München gelingt Einblick in intrazelluläre Kommunikation

In ihrer aktuellen Ausgabe vom 28. Juni 2001 veröffentlicht die renommierte amerikanische Fachzeitschrift Nature Forschungsergebnisse eines Projekts, das unter maßgeblicher Beteiligung von Prof. Erwin Grill, Ordinarius für Botanik an der TUM, durchgeführt wurde. Zwei Forschungsgruppen von TU München und University of California San Diego (UCSD) gelang ein einzigartiger Einblick in die intrazelluläre Kommunikation an der Modellpflanze Arabidopsis.

Die Oszillation von Calciumionen innerhalb der Zelle spielt in einigen Lebensprozessen eine entscheidende Rolle bei der Übermittlung von Signalen. Die Befruchtung von Eizellen bei Mensch und Tier wird zum
Beispiel von einem periodischen Anstieg und Abfall der Calciumionen-konzentration im Zellsaft begleitet. Die Oszillationen vermitteln dabei eine spezifische Information an die sich entwickelnde Eizelle. Informationsgehalt und Verschlüsselung dieser Signalisation sind bislang unvollständig verstanden.

Den beiden Forschungsgruppen von Prof. Erwin Grill und Dr. Julian Schröder von der UCSD gelang bei ihrer Zusammenarbeit ein faszinierender Einblick in diese Form der intrazellulären Kommunikation an der Modellpflanze Arabidopsis, die der Familie der Senfpflanzen angehört. Auch Pflanzen bedienen sich der Calciumionen-Oszillation bei der Übertragung des hormonellen Signals Abscisinsäure (ABA). ABA reguliert die Transpiration von Wasser und den Gasaustausch der Pflanze. Zigtausende von regulierbaren Poren, die Schliesszellen, befinden sich auf jedem Quadratzentimeter Blattfläche und werden auf das ABA-Signal hin geschlossen.

Die Arbeitsgruppen von Prof. Grill und Dr. Schröder konnten nun die Codierung der Ca-Oszillation an diesem Prozess aufklären. In Schliesszellen oszilliert der cytosolische Calciumionen-Spiegel mit einer Periode von ca. 10 Minuten, wobei die Phase des Anstiegs und Abfalls etwa gleich lang dauern. Den Forschern gelang es erstmals, die Wirkung veränderter Oszillationen auf die Reaktion der Pflanze zu analysieren.

Inwieweit die Ergebnisse des Projekts auf Mensch und Tier zu übertragen sind, bleibt abzuwarten, jedoch sind vielfach solche elementaren Mechanismen in der Evolution bewahrt worden. In der Pflanze steuert die ABA-induzierte Calciumionen-Oszillation die Aufnahme von Kohlendioxid und die Abgabe von Sauerstoff und Wasserdampf und damit das Wachstum der Pflanzen auf unserem Planeten.