Nicht nur die menschliche Haut leidet unter zu viel Sonne: Auch Pflanzenzellen vertragen nur ein bestimmtes Maß, obwohl sie für die Photosynthse vom Sonnenlicht abhängig sind. Um sich und ihre Zellstrukturen zu schützen, bilden Pflanzen in ihren Blättern Farbpigmente. Diese färben die Blätter meist rötlich, aber auch violett oder blau, und absorbieren Licht. Ein Forschungsteam aus Fachleuten der Universitäten Rostock, Leipzig und der HU Berlin hat nun aufgeklärt, wie dieser pflanzliche Sonnenschutz reguliert ist. Details berichten sie im Fachjournal „Plant Communications“.

Hohe Zuckerkonzentration aktiviert Bildung von Anthocyan

Die Forschenden konnten zeigen, dass das entscheidende Signal von Zuckermolekülen ausgeht, die im Rahmen der Photosynthese gebildet werden. Diese Moleküle fungieren als Signalgeber für den Stoffwechselweg, der in den Zellen den Farbstoff Anthocyan entstehen lässt. „Wie sich herausstellte, führt die gesteigerte Bildung von Kohlenhydraten, wie sie etwa unter erhöhten Lichtintensitäten zu beobachten ist, zu einer verstärkten Bildung von Enzymen, die für die Bildung der Anthocyane in der Pflanze notwendig sind“, resümiert Andreas Richter von der Universität Rostock.

Die Schaltzentrale sind dementsprechend die Chloroplasten, wie das Forschungsteam nachweisen konnte. Sie sind der Ort, in dem sich die Photosynthese abspielt. Dadurch werden diese Zellorganellen zu einer Art Sensor: „Die Chloroplasten senden beispielsweise bei stärkerer Sonneneinstrahlung Signale aus, die es der Pflanzenzelle, und damit der ganzen Pflanze, erlauben, sich an die neuen Gegebenheiten anzupassen“, erläutert Richter. „Unsere Untersuchungen unterstreichen damit einerseits die zentrale Rolle der Chloroplasten für die zelluläre Energiegewinnung, gleichermaßen aber auch ihre Schlüsselfunktion für die Akklimatisierungsreaktion der Pflanze an veränderliche Umweltbedingungen.“

Besseres Verständnis ermöglicht klimaangepasste Nutzpflanzen

Pflanzen reagieren jedoch nicht nur auf Licht mit Verfärbungen. Auch andere veränderliche Umweltfaktoren wie Nährstoffmangel oder Kälte führen dazu, dass die Zellen Farbpigmente bilden. Das Forschungsteam möchte daher in einem nächsten Schritt klären, ob der nun entdeckte Mechanismus auch hierbei beteiligt ist. Denn für die Pflanzenzüchtung ist es wichtig zu verstehen, wie Pflanzen auf bestimmte Umweltbedingungen reagieren. Nicht zuletzt infolge des Klimawandels wird es immer wichtiger, Sorten zu entwickeln, die an das neue Klima angepasst sind.

bl