Trockenheit und Hitze setzen viele Pflanzen unter Stress und sorgen oft dafür, dass der Wasserspeicher dezimiert wird. Ein Forschungsteam des Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg ist nun einem bislang unbekannten molekularen Mechanismus auf die Spur gekommen, der Pflanzen hilft, Wasser zu sparen.

Pflanzenblätter besitzen mikroskopisch kleine Poren auf ihrer Oberfläche, die wie Ventile funktionieren. Die sogenannten Stomata regeln den Austausch zwischen Luft und Wasserdampf. Das Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) ist wiederum dafür verantwortlich, dass sich die Poren schließen. Dadurch wird der Wasseraustritt stark reduziert, und die Pflanze kann Trockenphasen besser überstehen. In der Fachzeitschrift Nature Communications beschreiben die Heidelberger Forschenden den molekularen Mechanismus, der den Wasserverlust verhindert.

Stresssignale regen Biosynthese des Pflanzenhormons Abscisinsäure an

Demnach funktioniert ein Eiweißkomplex in den Chloroplasten wie ein Sensor und reagiert auf Trockenheit und intensive Sonneneinstrahlung. Der Cystein-Synthase-Komplex besteht aus zwei Enzymen. Er wertet verschiedene Stresssignale aus, die von der Wurzel in den Spross transportiert werden, wenn der Boden austrocknet – ein Nährstoffsignal (Sulfat) und ein kleines Eiweißmolekül. Diese Signale aktivieren den Eiweißkomplex, der daraufhin die Biosynthese des Pflanzenhormons ABA in Gang setzt und dafür sorgt, dass sich die Poren schließen. Auf diese Weise spare die Pflanze Wasser, heißt es.

Stoffwechsel in den Chloroplasten reagiert auch auf Stresssignale

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Stoffwechsel in den Chloroplasten nicht nur Bausteine durch die Photosynthese liefert, sondern auch aktiv auf Stresssignale reagiert und so die Anpassungen der Pflanze an Umweltbedingungen wie Trockenheit genau steuert“, erläutern Rüdiger Hell und Markus Wirtz von der am COS angesiedelten Forschungsgruppe „Molekulare Biologie der Pflanzen“.  

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse gelang es dem Team, eine Arabidopsis-Pflanze zu entwickeln, die Trockenheit besser toleriert, ohne im Wachstum eingeschränkt zu sein. Der neu entdeckte Mechanismus könnte langfristig helfen, Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen die Folgen des Klimawandels zu machen. Die Studie entstand in Kooperation mit der Nanjing Agricultural University (China) und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. 

bb