Die Laubfärbung der Bäume und das Rascheln von Laub unter den Füßen prägen den Herbst. Die Pflanzen bereiten sich so auf die trockene Winterzeit vor. Doch auch im Sommer gibt es Pflanzen, die ihre Blütenblätter nach der Bestäubung abwerfen. Verantwortlich für den Prozess des Blattabwurfs sind – wie seit wenigen Jahren bekannt – Peptidhormone. Diese speziellen Hormone steuern nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Pflanzen Wachstumsprozesse und sorgen dafür, dass Insekten Abstand halten. Wie diese Peptidhormone gebildet werden, ist bislang völlig unklar.

Pflanzenphysiologen der Universität Hohenheim haben diesen grundlegenden Mechanismus der Pflanzenwelt nun im Detail aufgeklärt. Für ihre Untersuchungen bedienten sich die Forscher der Modellpflanze Ackerschmalwand. Wie das Team um Andreas Schaller im Fachjournal „Science“ berichtet, wird das Peptidhormon in der Pflanze aus einem größeren Protein herausgeschnitten. Die Forscher konnten nicht nur klären, wie der Prozess genau funktioniert, sondern auch welche speziellen Enzyme, Proteasen genannt, die Spaltung des Proteins regulieren.

Proteasen mit Pilzerreger gehemmt

Der Studie zufolge sind am Blattabwurf gleich mehrere Proteasen beteiligt, die einspringen, sobald eines der Spezialenzyme ausfällt. Um hinter den Mechanismus zu kommen, mussten die Forscher daher alle Proteasen gleichzeitig in ihrer Aktivität hemmen. „Wir bringen die Pflanze dazu, selbst genau an der Blütenansatzstelle einen Hemmstoff zu bilden. Und dafür nehmen wir einen anderen Organismus als Werkzeug“, erläutert Schaller. Bei dem Werkzeug handelt es sich um einen Pilz der Kartoffeln befällt: den Erreger der Kraut- und Knollenfäule. Er ist in der Lage, den Hemmstoff zu bilden. Das hemmstoffbildende Gen des Erregers schleusten die Pflanzenphysiologen sodann in die Ackerschmalwand ein. Das Ergebnis: Kein Blatt wurde von der Pflanze abgeworfen. „Daher wissen wir nun, dass die Proteasen für diesen Vorgang verantwortlich sind“, so Schaller.

Proteasen-Trio für Blattabwurf verantwortlich

Im Rahmen der Untersuchung konnten das Team schließlich auch jene Proteasen identifizieren, welche die Blätter zum Fallen bringen. Dafür hatten die Forscher die Proteasen aus der Modellpflanze isoliert und getestet, welche von ihnen das Peptid spalten kann. Schließlich identifizierten sie drei Kandidaten, die für den Blattabwurf verantwortlich sind. „Es handelt sich um sogenannte Subtilasen, eng verwandt mit Substanzen, die in Waschmitteln gegen Proteinflecken zum Einsatz kommen“, berichtet Schaller. Die Forscher gehen davon aus, dass dieser Prozess in ähnlicher Weise auch in anderen Pflanzen abläuft und daher für die Natur als auch die Landwirtschaft enorm wichtig ist.

bb