Bislang war unbekannt, wie die Sensoren von Pflanzen ihre Informationen über Lichtverhältnisse abliefern. Nun haben US-Forscher den Verantwortlichen entdeckt: Es ist das Gen Hemera. Aus dessen Erbinformation bilden Pflanzen ein Eiweiß, das nach der Keimung spezielle Moleküle in den Mülleimer der Zelle befördert: Es sind die Informationen, die der Pflanze suggerieren, dass sie noch in der dunklen Erde steckt. Fehlt das Gen, reagieren die Sämlinge einfach nicht auf das überlebenswichtige Licht und verkümmern. Die Forschungsergebnisse dürften dazu beitragen, die vielfältigen Anpassungsmöglichkeiten der Pflanzen für die Landwirtschaft nutzbar zu machen.
Die lebenswichtigen Funktionen einer Pflanze wie Wachstum und Fortpflanzung sind vom Licht und somit der Photosynthese abhängig. Im Laufe der Evolution entwickelten die Pflanzen daher eine Reihe von sogenannten Photorezeptoren, die ihnen Informationen über die Qualität und die Menge des Lichts in der Umgebung vermitteln. Die Anregung der Photorezeptoren führt zur Aktivierung von Genen, die verschiedene Wachstums- und Entwicklungsvorgänge der Pflanze steuern.
Auf welchem Weg die Lichtsignale diese Veränderungen anstoßen, haben nun die Wissenschaftler um Meng Chen von der Duke University in Durham herausgefunden. Fällt Licht auf die Pflanze, so wird aus der Erbinformation des Gens Hemera, benannt nach der griechischen Göttin des Tages, ein Eiweiß gebildet, das eine Gruppe von Proteinen in den zellulären Abfallkorb dirigiert, die nach der Keimung nicht mehr benötigt werden. Verbleiben diese Proteine in der Zelle, wird der Pflanze weiterhin die Information vermittelt, sich im Dunkeln zu befinden. Das hat fatale Konsequenzen: Pflanzen ohne das Hemera-Gen wuchsen zu spindeldürren Albinos heran, die nicht lange überlebten. Zudem stellten die Wissenschaftler fest, dass das Protein die Bildung der Chloroplasten in den jungen Gewächsen anregt. Diese sind verantwortlich für die Energiegewinnung durch Photosynthese und auch für das Grün der Pflanzen. Damit erklärt sich auch das blasse Erscheinungsbild der Hemera-losen Pflanzen.
Die Studie könne dazu beitragen, landwirtschaftliche Erträge unter schwierigen Wachstumsbedingungen zu steigern, schreiben die Forscher. So lassen sich Pflanzen entsprechend der Lichtsignale an neue Umwelteinflüsse anpassen: Photorezeptoren, die Licht im roten Spektralbereich auffangen, helfen den Pflanzen, die Gegenwart von anderen Gewächsen aufgrund von Veränderungen der Lichteinstrahlung wahrzunehmen. Mit dieser Information geht die Pflanze dem Konkurrenzkampf lieber aus dem Weg und wächst in die Höhe, anstatt unter den verschlechterten Lichtbedingungen Energie in die Bildung von Blättern oder Samen zu stecken. Entsprechende Züchtungen könnten dann für die Landwirtschaft nutzbar gemacht werden.
Meng Chen (Duke University, Durham) et al.: Cell, Bd. 141, Nr. 7 ddp/wissenschaft.de ? Gwydion Brennan
