Wenn es Tieren an Nahrung mangelt, ziehen sie weiter und suchen neue Futterquellen. Auch Pflanzen sind wechselnden Nährstoffangeboten ausgesetzt, denen sie aber an Ort und Stelle mit Anpassungsreaktionen begegnen müssen. Von einer solchen Anpassungsreaktion haben nun Forscher des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben die molekularbiologischen Zusammenhänge aufgeklärt.

Foraging-Reaktion aufgeklärt

Im Fachjournal „Nature Communications“ berichten die Pflanzenforscher von dem regulatorischen Mechanismus, der hinter der sogenannten Foraging-Reaktion steckt. Damit bezeichnen die Wissenschaftler eine bestimmte Art des Wurzelwachstums, die die Ackerschmalwand dann zeigt, wenn in ihrem Wurzelraum Stickstoffarmut herrscht. Gegenüber dem normalen Wurzelwachstum erschließen die Pflanzen sich so ein größeres Bodenvolumen und verbessern ihre Stickstoffaufnahme. Stickstoff ist zentral für das pflanzliche Wachstum und auch die Ertragsleistung von Ackerpflanzen.

Brassinosteroide spielen eine Schlüsselrolle

Mit molekularbiologischen Methoden verglichen die Forscher rund 200 Akzessionen der Ackerschmalwand und stießen so auf das Enzym BSK3. Dieses reguliert die Produktion von Hormonen aus der Gruppe der Brassinosteroide. Bei Stickstoffmangel bilden die Wurzeln besonders viele sogenannte BAK1-Rezeptoren und machen die Zellen besonders sensitiv für Brassinosteroide. In der Folge passt die Pflanze ihr Wurzellängenwachstum an und kann somit aus einem größeren Bodenvolumen Stickstoff gewinnen.

Potenzial für neue Sorten mit besserer Stickstoffaufnahme

Für die Pflanzenzüchtung ist die Entdeckung von großer Bedeutung. Denn Stickstoff ist zwar ein wichtiger Dünger, doch wird Stickstoff im Boden, der nicht schnell genug von pflanzlichen Wurzeln aufgenommen wird, zu einem Problem für das Grundwasser. Mit dem neuen Wissen könnten Züchter neue Sorten entwickeln, die längere Wurzelsysteme ausbilden und dadurch Stickstoff besser aufnehmen.

bl