Zwei heiße Sommer und vor allem zwei trockene Jahre liegen in Deutschland hinter uns. Das haben auch viele Landwirte und Obstbauern zu spüren bekommen, deren Erträge dadurch deutlich eingebrochen sind. Durch den Klimawandel ist davon auszugehen, dass sich derartige Ereignisse künftig häufen werden. Eine Ursache für die Ernteausfälle ist, dass die Kulturpflanzen Blüten und Früchte abwerfen, die sie voraussichtlich nicht bis zur Reife versorgen können. So lässt sich Energieverschwendung vermeiden. Die molekularbiologischen Hintergründe dafür hat nun ein Team der Universität Hohenheim im Fachjournal „Science“ vorgestellt.

Bei reifem Obst wirkt das Hormon Ethylen

Dass Pflanzen Früchte oder Blätter abwerfen, ist ein normaler Vorgang im Jahreszyklus. Auf diesem Weg verbreiten sie ihre Samen und rüsten ihren Stoffwechsel für den Winter. Diese Prozesse sind auch auf molekularer Ebene recht gut verstanden. So sorgt das Wachstumshormon Auxin dafür, dass während der Wachstumszeit die Trennzone am Stil von Früchten und Blättern stabil bleibt. Ist die Fruchtreife erreicht oder beginnt der Herbst, greift das Hormon Ethylen ein und die Trennzone wird aktiviert – Früchte oder Blätter fallen zu Boden.

Enzym aktiviert ein Peptidhormon 

Was aber steckt dahinter, wenn Pflanzen bei Trockenstress ihre Blüten oder Früchte abwerfen? „Die Pflanze ist bestrebt, nur so viele Früchte auszubilden wie sie auch ernähren kann“, erläutert Andreas Schaller, Biochemiker an der Universität Hohenheim. „Wer einen Apfelbaum hat, kennt das Phänomen aus dem eigenen Garten: Im Juni fallen oft viele kleine Äpfel herunter. Nur die Verbleibenden reifen zu vollen, schönen Früchte heran.“ Am Beispiel der Tomate konnten die Hohenheimer Forscher nun zeigen, dass das Peptidhormon Phytosulfokin (PSK) diesen Vorgang steuert.

Trockenstress steigert Aktivität des Phytaspase 2-Gens

Während normale Pflanzenhormone direkte Wirkung ausüben, existieren Peptidhormone als Vorstufen. Erst wenn sie durch bestimmte Enzyme gespalten werden, entsteht ihre aktive Form. „Unsere Versuche haben gezeigt, dass die Aktivierung durch das Enzym Phytaspase 2 erfolgt, das die Vorstufe von Phytosulfokin ganz spezifisch spaltet und damit das Peptidhormon freisetzt“, berichtet Schaller. Das so aktivierte Peptid bewirke im Ansatz des Blütenstiels dann eine Auflösung der Zellwände und damit den Abwurf der Blüten.

Herrscht Trockenstress, ist das Gen für das Enzym Phytaspase 2 besonders aktiv. „Das Peptidhormon wird gebildet und das führt zu einem verstärkten Abwurf der Blüten, wohingegen ein Ausschalten des Gens den Abwurf verhindert“, resümiert Schaller.

bl