Pflanzen nehmen selbst kleinste Temperaturschwankungen wahr und sind in der Lage, entsprechend darauf zu reagieren: Das in den Zellen dicht gepackte Erbgut entfaltet sich bei steigender Temperatur, wodurch Gene aktiviert und andere ausgeschaltet werden. Dies haben die Biologen vom John Innes Centre in Norwich in einer Untersuchung an der krautigen Pflanze Ackerschmalwand herausgefunden, die sich als Modellorganismus in der Erbgutforschung etabliert hat. Die Entdeckung soll in Zukunft dazu beitragen, Nutzpflanzen gegenüber Temperaturschwankungen unempfindlicher zu machen.
Pflanzen können Temperaturschwankungen fühlen, selbst wenn diese nur ein Grad Celsius betragen. Nun haben englische Forscher um Philipp Wigge erstmals entdeckt, wie sie auf das Sinken und Ansteigen der Temperatur reagieren: Sie verpacken ihre Erbinformation, die DNA, entsprechend dichter oder lockerer. ?Entwirrt sich die DNA, so werden hunderte von Genen angeschaltet?, erläutert Wigge. ?Andere dagegen werden in diesem Zustand deaktiviert.?
Die Forscher benutzten für ihre Untersuchung die Modellpflanze Arabidopsis thaliana oder Ackerschmalwand. Wie alle Pflanzen enthält diese in ihren Zellkernen bestimmte Eiweiße, die so genannten Histon-Proteine, die für die Verpackung der DNA zuständig sind. Diese verschnüren die Erbsubstanz zu einer Art dicht gepacktem Fadenknäuel, das auch als Nukleosom bezeichnet wird. Das Forscherteam entdeckte nun, dass ein Histon-Protein namens H2A.Z bei steigenden Temperaturen dafür sorgt, dass das DNA-Knäuel sich aufschnürt und die DNA-Fäden sich auflockern. Wie dieser Vorgang auf die Gene einwirkt, ist den Forschern bisher nicht bekannt. Wigge vermutet jedoch, dass durch die veränderte DNA-Struktur bestimmte Enzyme an definierten Stellen andocken können. Diese Enzyme sorgen dann dafür, dass ein bestimmtes Gen aktiviert oder aber ausgeschaltet wird.
In jedem Fall gehen die Wissenschaftler davon aus, dass die Erkenntnisse von großer Bedeutung sind, um die Ernährung der Weltbevölkerung abzusichern. ?Der Bedarf an Nahrungsmitteln wird Schätzungen zufolge in den nächsten hundert Jahren um 70 bis 100 Prozent ansteigen?, erklärt Wigge. Dazu werde es aufgrund des Klimawandels schwierig sein, gegenwärtige Ernteerträge beizubehalten. Wenn nun die Reaktion von Pflanzen auf den Klimawandel besser verstanden wird, lassen sich Nutzpflanzen züchten, die auch steigenden Temperaturen standhalten. ?Insbesondere Getreidepflanzen wie der Weizen reagieren sehr empfindlich auf heiße und trockene Sommer?, erläutert Wigge. In weiteren Studien wollen die Forscher daher die Rolle von H2A.Z bei einer Modellpflanze untersuchen, die herkömmlichen Getreidearten ähnelt.
Philip Wigge (John Innes Centre, Norwich) et al.: Cell, doi: 10.1016/j.cell.2009.11.006 ddp/wissenschaft.de ? Christine Amrhein
