Stickstoff und Phosphor sind wichtige Nährstoffe für das pflanzliche Wachstum. Doch mehr ist nicht automatisch besser: Chinesische Forscher haben festgestellt, dass zusätzliche Phosphatgaben nur dann einen positiven Effekt auf den Asiatischen Reis haben, wenn der Pflanze ausreichend Stickstoff zur Verfügung steht. Wie dieser Zusammenhang auf biologischer Ebene reguliert ist, haben die Pflanzenforscher gemeinsam mit Kollegen der Universität Bonn analysiert.

Ausgewogenheit der Nährstoffe

„Für gesundes und optimales Wachstum brauchen alle Lebewesen eine gute Balance von Mineralstoffen – aber wie Pflanzen im Gegensatz zu uns Menschen diese Ausgewogenheit der Nährstoffe erreichen, ist nur wenig bekannt“, erläutert Stanislav Kopriva vom Düsseldorf-Kölner Exzellenzcluster CEPLAS. „Gemeinsam haben wir nun herausgefunden, mit welchem Mechanismus der Stickstoff die Aufnahme von Phosphat steuert.“ Über ihre Erkenntnisse berichten die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Plants“.

Vom Nitratsensor bis zum Phosphattransporter

Mittels umfangreicher molekularbiologischer Analyse haben die Forscher eine ganze Signalkaskade identifiziert, die in Gang gesetzt wird, wenn die Reispflanze über ihre Wurzeln Phosphat und Stickstoff aufnimmt. Dazu zählen an einem Ende ein Sensor, der die Menge des in Form von Nitrat verfügbaren Stickstoffs erkennt, und am anderen Ende regulatorische Faktoren, die für die Produktion der Phosphattransporter verantwortlich sind. „Die meisten Komponenten waren zwar schon einzeln bekannt, aber erst durch diese Arbeit wurden sie in einen Signalweg zusammengebunden“, betont Kopriva.

Pflanzen an Nährstoffverfügbarkeit anpassen

Die Entdeckung bringe ein ganz neues Verständnis der Steuerung von Pflanzenernährung. Zudem ermögliche sie gezielte Manipulationen, um die Aufnahme beider Nährstoffe entweder enger aneinander zu koppeln oder voneinander zu lösen – je nachdem, wie nährstoffreich der Boden ist, auf dem der Reis wächst.

Der Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften CEPLAS wird von der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder in Millionenhöhe gefördert.

bl