Viele Pflanzen brauchen eine bestimmte Lichtmenge, um zu keimen, andere Samen sind eher unempfindlich oder werden durch Licht sogar gehemmt. Erkenntnisse zur Rolle von Licht bei der Keimung stammen meist aus Versuchen mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand, deren Samen nur unter Lichteinfluss keimen. Die molekulare Grundlage des Effekts, dass Licht die Keimung hemmt war bisher wenig bekannt, daher untersuchte eine Wissenschaftergruppe des Gregor Mendel Instituts für molekulare Pflanzenbiologie (GMI) diesen Mechanismus an Aethionema arabicum, einer mit der Ackerschmalwand nahe verwandten Pflanze.
Förderung der Anpassung an veränderte Umwelt
Aethionema arabicum stammt aus offenen, trockenen Lebensräumen, die Keimung an hellen, langen und heißen Tagen wäre hier kontraproduktiv. Die Forscher konnten nun nachweisen, dass ihre Lichtrezeptoren für rote und dunkelrote Wellenlängen eine doppelte Rolle bei der Reaktion auf Licht spielen: Sie können die Keimung hemmen oder auch anregen, denn über die Messung von Lichtintensität und -dauer erhalten die Samen Informationen über Tageslänge und damit Jahreszeit.
In der Untersuchung fand eine aus Zypern stammende Variante von Aethionema (CYP) Anwendung, die nicht keimt, wenn sie weißem Licht ausgesetzt ist. Dadurch kommt es im natürlichen Lebensraum nur im zeitigen Frühling zur Keimung und die Pflanze kann ihren Lebenszyklus abschließen bevor die trockene Sommerzeit beginnt. Die beiden gegensätzlichen Reaktion auf Licht (kurze Belichtung begünstigt das Keimen, hohe Intensität und Dauer hemmt sie) sind auf die Verhältnisse von zwei wichtigen Hormonen zurückzuführen: die keimungshemmende Abscisinsäure (ABA) und die keimungsfördernde Gibberellinsäure (GA).
„Wir wussten bereits, dass Licht in Arabidopsis zu hohen GA- und niedrigen ABA-Pegeln führt. Jetzt wissen wir auch, dass Aethionema CYP bei sehr begrenztem Licht ähnlich reagiert. Mit zunehmender Lichtintensität werden die Hormonpegel jedoch buchstäblich auf den Kopf gestellt, was zu einer Hemmung der Keimung führt“, so Dr. Zsuzsanna Mérai.
Mit der Entdeckung, dass dieselben molekularen Akteure entgegengesetzte Effekte vermitteln können, haben die Wissenschafter gezeigt, wie die Evolution bestehende Module neu verknüpfen kann, um entsprechend auf Anforderungen der Umwelt zu reagieren. So kann die Evolution schnelle Veränderungen erreichen, ohne dass neue Komponenten entstehen müssen.
Phytochromes mediate germination inhibition under red, far-red, and white light in Aethionema arabicum
Quelle: GMI/APA-OTS
