Wenn die Blütenknospen sprießen, ist der Frühling nicht mehr weit. Sie sind für uns Menschen das lang ersehnte Signal, dass der Winter bald zu Ende ist. Doch viele Pflanzen brauchen die Kälteperiode, um Knospen bilden und erblühen zu können. Das gilt insbesondere für ältere Pflanzen. Diesen Mechanismus haben Forscher vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtung in Köln genauer untersucht. Sie wollten wissen, inwiefern das Alter der Pflanzen deren Empfänglichkeit für Kälte beeinflusst.

Blühverhalten ein- und mehrjähriger Pflanzen im Visier

Wie die Forscher im Fachjournal „Science“ berichten, bestimmt die Aktivität des Proteins SPL15 das Alter, in dem mehrjährige Pflanzen in Kälte blühen. Zwar besitzen auch einjährige Gewächse das Protein. Diese sind jedoch nicht auf die Kälte angewiesen, um Knospen sprießen zu lassen. Einjährige Pflanzen keimen und blühen auch, sobald die Tage länger und wärmer werden. Um das unterschiedliche Blühverhalten bei Kälte von ein- und mehrjährigen Pflanzen zu ergründen, nahm das Team um Pflanzenforscher George Coupland die mehrjährige Alpen-Gänsekresse (Arabis alpina) und die einjährige Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ins Visier.

Spezielles Protein kontrolliert Blütenbildung 

Die Alpenkresse blüht nur nach längerer Kälte. Sie wächst in 3.000 Meter Höhe und hat das Talent, als junge Pflanze die Blüte nach der kalten Jahreszeit noch um einige Wochen zu verzögern. Hier stellten die Forscher fest: Die Blütenbildung wird eindeutig von der Aktivität des Proteins SPL15 kontrolliert – und das gleich doppelt. Zunächst übernimmt ein Protein namens PEP1 die Kontrolle und unterdrückt die Bildung des Kälteblüherproteins SPL15. PEP1 wird jedoch während einer längeren Kälteperiode blockiert, so dass SPL15 aktiv werden kann und die Knospenbildung auslöst.

Bei der jungen Alpenkresse entdeckten die Forscher noch einen weiteren Blühmechanismus. Diese Jungpflanzen bilden in hoher Konzentration eine kurze Ribonukleinsäure, die sogenannte microRNA156. Auch diese verhindert die Produktion des Kälteblüherproteins SPL15. Vergleichbares zeigte sich bei der einjährigen Ackerschmalwand, die auch als sehr junge Pflanze nach Kälte blühen kann. Im Unterschied zur Alpenkresse erfolgt hier die Knospenbildung nicht bei Kälte, sondern erst bei wärmeren Temperaturen. Der Grund: Das Kälteblüherprotein ist aktiv, weil die PEP1-Produktion weiter unterdrückt wird.

Molekulare Unterschiede bei Blütenknospenbildung 

Die Studie der Kölner Pflanzenforscher belegt auch: Die Bildung der Blütenknospen bei ein- und mehrjährigen Pflanzen ist auf molekularer Ebene sehr verschieden. „Durch den Austausch eines einzigen Gens können wir eine wichtige Eigenschaft von ein- auf mehrjährige Pflanzen übertragen“, erklärt George Coupland. Das Team hatte die genetische Information des PEP-1-Proteins der mehrjährigen Alpen-Gänsekresse durch die der einjährigen Pflanzen ersetzt, so dass diese nun auch als junge Pflanze bei Kälte blühen konnte. Die Kölner Wissenschaftler haben damit einen Weg eröffnet, durch die gezielte Veränderung des Blühverhaltens Pflanzen besser an klimatische Bedingungen anzupassen.

bb