Eisen ist ein lebenswichtiger Nährstoff, den Mensch und Tier auch über pflanzliche Kost aufnehmen. Nutzpflanzen beziehen das Spurenelement wiederum über die Wurzeln aus dem Boden. Doch nicht immer haben Pflanzenwurzeln Zugriff auf das durchaus reichlich gefüllte Nährstofflager in der Nachbarschaft. Der Grund: Umweltbedingungen können die Beschaffenheit des Bodens verändern und Pflanzen den Zugang zum Eisendepot erschweren. Diese Hürde meistern Nutzpflanzen offenbar problemlos: Sie passen die Wurzeleisengewinnung an den aktuellen Bedarf an. Dafür haben Pflanzen Strategien entwickelt, die es ihnen ermöglichen, sich frühzeitig auf umweltbedingte Schwankungen in der Nährstoffversorgung einzustellen.

Kalziumsignale entschlüsselt

Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben diesen Mechanismus anhand der Modellpflanze Ackerschmalwand genauer untersucht. Dabei entdeckte das Team eine neue Schaltzelle, welche die Reaktionen der Pflanze auf Eisenmangel steuert. Im Fokus der Untersuchung stand das Protein FIT, das in der Modellpflanze maßgeblich für die Regelung der Eisenaufnahme verantwortlich ist. „Wir konnten molekularen und zellulären Mechanismen auf die Spur kommen, die FIT mit der Entschlüsselung von Kalziumsignalen verknüpfen. Dies wiederum ist wichtig, wenn die Pflanze die Eisenaufnahme abhängig von äußeren Faktoren steuern muss“, erklären die beiden HHU-Forscherinnen Tzvetina Brumbarova und Petra Bauer. Bisher war unklar, inwiefern Eisen mit Kalzium etwas zu tun hat.

Enzym und FIT-Protein steuern Eisenaufnahme nach Bedarf

Wie das Team in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ berichtet, löst der Eisenmangel Kalzium-Signale aus, die ihrerseits den sogenannten FIT-Regulationsmechanismus maßgeblich beeinflussen. Der Studie zufolge kann das mit der Kalziumdetektion zusammenhängende Enzym CIPK11 mit dem FIT-Protein interagieren und dieses auch markieren. Durch die Aktivierung des FIT-Proteins kann die Pflanze demnach die Eisenaufnahme über die Wurzeln und die Speicherung des Nährstoffs in den Samen ganz nach Bedarf steuern. 


 „Unsere Entdeckung hat Einfluss auf biologische und auch medizinische Fragestellungen, bei denen es um Nährstoffe, Entwicklungsprozesse und Stressverhalten geht“, erklärt WWU-Forscher Jörg Kudla. Das Team ist überzeugt, dass die Ergebnisse der Studie nicht nur für die Landwirtschaft von Bedeutung sind, sondern auch für die Züchtung neuer ertragreicher Nutzpflanzen, die dem Klimawandel trotzen. 

bb