Wie den Wurzeln Haare wachsen...

„Rauchmelder“ in Pflanzen steuert auch das Wachstum von Wurzelhaaren

Auf ein spannendes (Forschungs-) Thema, wie es für eine nachhaltige Landwirtschaft wichtig werden könnte, macht die Technischen Universität München (TUM) in einer aktuellen Pressemitteilung aufmerksam: Ein praktischer Nutzen könnte sich bei längeren Trockenperioden zeigen, wie sie in Zukunft häufiger auftreten können. Aber der Reihe nach: „Pflanzenwurzeln“, so die TUM,  „können vieles: Sie wachsen in die Länge, um an Wasser zu kommen, sie können sich biegen, um Steinen auszuweichen, und sie bilden feine Wurzelhaare aus, um mehr Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen zu können. Ein Forschungsteam mit maßgeblicher Beteiligung der TUM hat nun die Funktionsweise eines wichtigen Regulators dieser Maschinerie aufgeklärt“. Vernichtet ein Waldbrand größere Pflanzen, „wittern“ sogenannte Brandkeimer ihre Chance: Ihre Samen besitzen ein Rezeptorprotein, das bestimmte Moleküle „riechen“ kann, die beim Verbrennen von Pflanzenmaterial entstehen. Das KAI2 genannte Rezeptorprotein setzt eine Signalkaskade in Gang, die zum Keimen des Samens führt, berichtet die TUM in einer Medieninformation.
Ein von Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der TUM School of Life Sciences Weihenstephan, angeführtes Forschungsteam fand nun heraus, dass es auch bei der Regulierung des Wachstums von Wurzeln eine wichtige Rolle spielt.

Wurzelhaare vergrößern die Oberfläche
Um eine möglichst große Oberfläche zu bekommen, über die Wasser und Nährstoffe aufgenommen werden können, bildet die Wurzel einer Pflanze feine Wurzelhaare aus. José Antonio Villaécija-Aguilar, Doktorand im Team von Caroline Gutjahr, fand nun heraus, dass KAI2 sowohl für die Bildung dieser Wurzelhaare nötig ist, als auch das Wachstum der Wurzeln nach unten reguliert. „Und das gilt wahrscheinlich nicht nur für die Ackerschmalwand (Arabidopsis), die fast überall auf der Welt vorkommt und deshalb auch von uns als Modellpflanze genutzt wird“, sagt Caroline Gutjahr, „sondern möglicherweise auch für viele andere Pflanzen, beispielsweise für Getreide.“

Pflanzenrauch-Moleküle lassen Wurzelhaare sprießen
Zur Prüfung ihrer Hypothese setzte das Forschungsteam junge Arabidopsis-Pflanzen den im Rauch vorkommenden Molekülen aus. Und tatsächlich nahm das Wachstum der Wurzelhaare deutlich zu. „Dieses Ergebnis ist auch im Licht der Evolution interessant“, sagt Caroline Gutjahr. „Wahrscheinlich war KAI2 zunächst in allen Pflanzen dafür zuständig, in Reaktion auf ein bisher noch unbekanntes Pflanzenhormon bestimmte Entwicklungsprozesse, wie zum Beispiel die Entwicklung der Wurzelhaare zu steuern. Während der Evolution der Brandkeimer, hat KAI2 dann wahrscheinlich die Zusatzfunktion der Rauchwahrnehmung entwickelt“, heißt es in der Pressemitteilung der TUM weiter.

Nutzen für die Pflanzenzucht
Die Erkenntnisse tragen nicht nur zu einem grundlegenderen Verständnis bei, wie Pflanzen funktionieren, sondern könnten auch für eine zukünftige, nachhaltige Landwirtschaft wichtig sein. „Wenn wir jetzt besser verstehen, welche molekulare Mechanismen bei der Entwicklung von Wurzeln und Wurzelhaaren eine Rolle spielen, können wir Pflanzen züchten, die Nährstoffe und Wasser besser aus dem Boden aufnehmen können“, sagt Caroline Gutjahr. „Das kann Nutzpflanzen beispielsweise über längere Trockenperioden retten, wie sie zukünftig möglicherweise häufiger auftreten werden.“

In eigener Sache: Als Universitätsstadt, die sich mit einem eigenen „Wissenschaftspreis Weihenstephan der Stadt Freising“ im Wissen um die großartigen Leistungen am Standort Freising auch selbst engagiert, weist Freising in loser Folge online auf Aktuelles aus Lehre und Forschung „made in Freising“ hin. Gemeinsam mit der TUM bietet die Stadt Freising die Veranstaltungsreihe „TUM@Freising – Wissenschaft erklärt für ALLE“ an, die regelmäßig für einen spannenden Austausch zwischen Wissenschaftlern/-innen und der interessierten Bevölkerung sorgt.  

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