© Peter Ache/Uni Würzburg
Pflanzen tauschen Gase wie Kohlendioxid und Sauerstoff mit der Umwelt über Spaltöffnungen in ihren Blättern aus – den sogenannten Stomata. Zwei ringförmig angeordnete Schließzellen funktionieren dabei ähnlich wie ein Schwimmreifen: Prall gefüllt bilden sie einen offenen Ring; ohne den Druck aus dem Inneren erschlaffen die Zellen; die Öffnung schließt sich.
Bei Wasserknappheit und trockener Luft sind Pflanzen ständig mit einem Problem konfrontiert: Zum einen müssen sie ihre Stomata möglichst weit öffnen, um Kohlendioxid für die Photosynthese aufnehmen zu können. Gleichzeitig sollten sie aber ihre Spaltöffnungen schließen, da sie sonst in Gefahr geraten, zu viel Wasser in Form von Wasserdampf zu verlieren.
Feines Regelwerk von Steuersignalen
Professor Rainer Hedrich und sein Mitarbeiter Dr. Peter Ache vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Universität Würzburg haben jetzt neueste Erkenntnisse über das feine Regelwerk an Mechanismen, mit denen Pflanzen den Stomata Befehle zum Öffnen und zum Schließen erteilen können, gewonnen. Die Forscher hatten an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), einer genetisch gut verstandenen Modellpflanze, untersucht, wie Pflanzen Veränderungen der Luftfeuchte wahrnehmen und in ein chemisches Signal umsetzen.
In einer im vergangenen November veröffentlichten Arbeit hatten Hedrich und Ache bereits gezeigt, dass Schließzellen direkt und selbständig auf eine geringe Luftfeuchtigkeit reagieren können, indem sie das Stresshormon Abszisinsäure (ABA) bilden. „Durch die Wirkung von ABA schleusen Schließzellen Salze aus dem Zellinneren heraus. In der Folge strömt Wasser aus, die Schließzellen verringern ihr Volumen, wodurch sich die Spaltöffnung schließt“, erklärt Rainer Hedrich. Jetzt haben die beiden Würzburger Pflanzen untersucht, bei denen aufgrund genetischer Veränderung genau dieser Signalweg gestört war.
Die Forscher prüften, welche dieser Gene besonders stark in Schließzellen vertreten sind und welche davon sowohl auf das Welkehormon ABA und trockene Luft reagierten. Zum Schluss blieben insgesamt vier Gene übrig, die in beiden Mutanten all diese Kriterien erfüllten. „Diese Gene sind nach unserer Einschätzung extrem wichtig für die stomatäre Antwort auf verminderte Luftfeuchte“, sagt Peter Ache.
Die Rolle von Zuckermolekülen
Eines dieser Gene ist darüber hinaus äußerst wichtig für den Zuckerstoffwechsel der Schließzellen. „Wir vermuten schon lange, dass Zucker eine wichtige Rolle beim Stomaschluss in trockener Luft spielt“, betont Rainer Hedrich.
„Zum einen finden sich in der Zellwand viele Zuckermoleküle, die ihrerseits Wassermoleküle anziehen. Wird nun bei trockener Luft dieses Wasser entzogen, verändert dies die Löslichkeit der Zellwand-Zucker. Dieses Signal kann direkt in die Zelle weitergeleitet werden. Zum anderen könnte im Falle der trockenen Luft aber auch die schnelle Abgabe von osmotisch stark wirksamen Zuckern aus den Schließzellen zur Wasserabgabe und letztlich zum Stomaschluss führen“, erklärt der Wissenschafter.
Quelle: Uni Würzburg
