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Donnerstag, 29.09.2016
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Zucker beeinflusst den Zeitpunkt der Blütenbildung

Eine Pflanze blüht nur, wenn Licht, Alter und Energiegehalt stimmen

Blühen kostet eine Pflanze viel Energie. Woher sie weiß, ob ihre Reserven für die Bildung einer Blüte ausreichen, haben Forscher jetzt an der Ackerschmalwand herausgefunden: Ein Zuckermolekül dient ihr als Anzeiger für den Energiestatus. Erst wenn dieses Signalmolekül vorhanden ist, werden die Gene aktiv, die die Blütenbildung auslösen, wie die Forscher im Fachmagazin "Science" berichten.
Arabidopsis thaliana: Modellpflanze der Biologie.

Arabidopsis thaliana: Modellpflanze der Biologie.

Eine Pflanze kann sich nur dann erfolgreich vermehren, wenn sie zur richtigen Zeit blüht. Die Tageslänge ist dabei - neben der Temperatur - einer der wichtigsten Faktoren, der festlegt, wann der richtige Zeitpunkt gekommen ist. Manche Pflanzen brauchen lange Tage und blühen daher im Sommer, andere bevorzugen dagegen kürzere Tage und blühen dementsprechend im Frühjahr oder Herbst. Die Tageslänge nehmen die Pflanzen über die Blätter wahr. Ein komplexes Netzwerk aus Lichtrezeptoren und anderen Proteinen überwacht dafür kontinuierlich die Umweltbedingungen. Sind die richtigen Lichtbedingungen erfüllt, führt ein Zusammenspiel aus Lichtrezeptoren und anderen Proteinen dazu, dass im Zellkern der Ackerschmalwand (Arabidopsis Thaliana) das Gen Flowering Locus T (FT) abgelesen wird. Das ihm entsprechende Protein, das FT-Protein oder auch Florigen, wandert dann bis in die Spross-Spitze der Pflanze und bewirkt dort, dass anstelle der Blätter nun Blüten gebildet werden.

Doch nicht nur das Licht spielt eine Rolle bei der Induktion der Blütenbildung. Da der Prozess äußerst energieintensiv ist, wurde schon lange vermutet, dass Pflanzen einen Mechanismus haben, der ihnen anzeigt, ob sie genügend Kraftreserven für die Blütenbildung besitzen. Diese Energie muss in der Pflanze in Form von Zucker bereitstehen. Ob und in welcher Weise die Pflanze merkt, dass sie genug Zucker hat und losblühen kann, war bisher unklar.

Ein vielversprechender Kandidat


Der Zucker T6P (Trehalose-6-Phosphat) war ein vielversprechender Kandidat für die Forscher: „Da T6P in Pflanzen nur in kleinsten Mengen vorkommt, nahm man an, dass es sich hierbei um ein Signalmolekül handeln könnte“, erklärt Vanessa Wahl, die Erstautorin vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam. „Allerdings wusste bisher niemand, wie das Molekül in das komplexe genetische Netzwerk, das den Zeitpunkt der Blütenbildung steuert, eingreift.“


Um dies herauszufinden, manipulierten die Forscher die Produktion von T6P. Die so verminderte Herstellung des Signalstoffes führte zu einem verzögerten Blühbeginn. Im Extremfall wurde das Blühen durch die Manipulation gar komplett unterdrückt. Besonders auffällig: Dies gelang selbst dann, wenn die Pflanzen ansonsten optimalen Bedingungen ausgesetzt waren. „Wir konnten zeigen, dass dieser Zucker unverzichtbar für die Herstellung des FT-Proteins in den Blättern ist“, so Wahls Kollege und Mitautor Markus Schmid. T6P hat damit einen direkten Einfluss auf die Blütenbildung, denn ohne das Florigen ist diese stark verzögert.

„Obwohl klar war, dass die Pflanze ihren Energiegehalt überprüfen muss, bevor sie mit der Blütenbildung beginnt, gab es bisher keine Erklärung dafür, wie das auf molekularer Ebene funktionieren sollte“, fasst Wahl ihre Ergebnisse zusammen.

Gleich mehrere Aufgaben


Doch das Zuckermolekül T6P besetzt nicht nur eine Schlüsselposition bei der Überwachung der Energiereserven und steuert so den Blühprozess: T6P steuert zudem einen speziellen altersabhängigen Signalweg der Ackerschmalwand. Denn ab einem bestimmten Alter beginnt diese ganz unabhängig von der Tageslänge mit der Blütenbildung. Dieser Mechanismus, der die Fortpflanzung auch in schlechten Zeiten gewährleisten soll, wird durch eine spezielle Mikro-RNA kontrolliert. Eben diese ist es, die nach den Ergebnissen der Forscher ebenfalls durch den Zucker kontrolliert wird. T6P reguliert dabei sowohl die Herstellung, als auch die Zielgene der kleinen regulativen Mikro-RNA. T6P ist somit ein Schlüsselmolekül für gleich mehrere molekulare Signalwege bei der Blütenbildung. (Science, 2013; doi: 10.1126/science.1230406)
(Science / Max-Planck-Gesellschaft, 08.02.2013 - KBE)
 
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