Pflanzliche Reaktion bei Hitze: Der Kopf steckt im Boden Baustein in der Kommunikation zwischen Wurzel und Spross erklärt

Auch Pflanzen reagieren bei Hitze. In einer internationalen Kooperation haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Straßburg, der Universität València (UPV) und der Technischen Universität Braunschweig herausgefunden, dass Pflanzen ihr Wachstum bei erhöhten Temperaturen über ihre Wurzeln regulieren. Diese grundlegenden Erkenntnisse zur Kommunikation zwischen Wurzel und Spross könnten – unter den sich rapide wandelnden Umweltbedingungen – zur Verbesserung von Anbaumethoden beitragen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Plants“ veröffentlicht.

„Wird es warm, schüttet die Wurzel eine Vorstufe des Signalstoffes Gibberellin aus, aus die der Spross Hormone für das Wachstum bildet, ein als Thermomorphogenese bekanntes Phänomen“, so Dr. Maria João Pimenta Lange und Professor Theo Lange vom Institut für Pflanzenbiologie der TU Braunschweig.

Als Studienobjekt kam Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) zum Einsatz. In Straßburg wurden genetische Studien mit Hormonmangel-Mutanten durchgeführt. Deren Spross wurde auf Wurzeln von Wildtyp-Pflanzen gepfropft. Diese Konstrukte wurden dann jeweils bei 20°C und 28°C angezogen. So konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass die Wurzeln eine Hormonvorstufe produzieren. Die Vorstufe wird bei erhöhten Temperaturen verstärkt in den Spross transportiert. Im Spross wird schließlich aus der Vorstufe das Wachstumshormon synthetisiert.

Flexible Regulation des Wachstums bei Temperaturänderungen

Mit diesen Studien konnten die hormonellen Grundlagen der Thermomorphogenese aufgeklärt werden: Der Wurzel-Spross-Transport der Hormonvorstufe sorgt für eine flexible Regulation des Wachstums bei Temperaturänderungen.

Erhöhtes vegetatives Wachstum ist häufig unerwünscht, zum Beispiel bei Zierpflanzen oder Kräutern. In der Landwirtschaft kann das erhöhte Wachstum zu Ertragseinbußen führen, zum Beispiel durch Lagerschäden im Getreideanbau. Unter Lagerschäden versteht man, zum Beispiel, das grossflächige Umknicken von Getreidehalmen.

Steigende Temperaturen durch den Klimawandel können solche Szenarien erheblich fördern. Die Forschungsergebnisse bieten diesbezüglich eine mögliche Lösung: Eine kühle Wurzel – realisiert zum Beispiel durch intelligente Bewässerungsstrategien – könnte erhöhte Ertragssicherheit auch bei steigenden Temperaturen bieten.

Publikation:

Camut L, Regnault T, Sirlin-Josserand M, Sakvarelidze-Achard L, Carrera E, Zumsteg J, Heintz D, Leonhardt N, Pimenta Lange MJ, Lange T, Davière J-M Achard P. Root-derived GA₁₂ contributes to temperature-induced shoot growth in Arabidopsis. Nature Plants, DOI: 10.1038/s41477-019-0568-8.