Forschung Sulfat macht Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber Wassermangel
Pressemitteilung Nr. 156/2018
20. Dezember 2018
Forscher untersuchen, wie ein Mineral die Synthese eines Hormons kontrolliert
Über das Bodenwasser nehmen Pflanzen das Mineral Sulfat auf. Wie Sulfat die Produktion des Trockenstress-Hormons ABA kontrolliert und damit zur Widerstandsfähigkeit gegenüber Dürre beiträgt, hat ein internationales Wissenschaftler-Team unter Leitung von Forschern der Universität Heidelberg aufgedeckt. Mit diesen Erkenntnissen lässt sich nun besser verstehen, wie das Signal für Wassermangel aus der Wurzel in die Blätter weitergeleitet wird. Die Forschungsarbeiten in Heidelberg wurden am Centre for Organismal Studies (COS) durchgeführt.
Pflanzen nehmen über spezielle Poren in ihren Blättern Kohlendioxid für die Photosynthese auf. In regenarmen Zeiten werden diese Öffnungen den Pflanzen allerdings zum Verhängnis, denn bei starker Sonneneinstrahlung und aktiver Photosynthese entweicht viel Wasser durch die geöffneten Poren. Wird kein frisches Wasser über die Wurzeln aufgenommen, welken die Pflanzen und sterben schließlich ab. Als Schutz dient das Hormon ABA, das die Öffnungsweite der Poren kontrolliert.
Bereits im vergangenen Jahr haben die Forscher entdeckt, dass sich der Nährstoff Sulfat nach beginnender Austrocknung des Bodens in den Wasserleitungsbahnen der Pflanze ansammelt. Nun konnte das Wissenschaftlerteam um Dr. Markus Wirtz und Prof. Dr. Rüdiger Hell zeigen, dass das eigentlich als Mineral bekannte Sulfat als Signal für die Wasserversorgung der Pflanze eine tragende Rolle spielt. „Wir waren selbst überrascht, wie effizient Sulfat die Synthese von ABA anstößt und damit den Verschluss der Poren reguliert“, so Prof. Hell.
„Der sehr trockene Sommer 2018 war ein Vorgeschmack auf die bevorstehenden Auswirkungen der globalen Erderwärmung auf das Wachstum von Pflanzen und die Nahrungsmittelproduktion“, betont Dr. Wirtz. „Um Nahrungspflanzen mit einer größeren Widerstandsfähigkeit gegen Wassermangel und Dürre züchten zu können, müssen wir verstehen, wie Umweltfaktoren die Bildung des Hormons ABA regulieren.“
An dem Projekt, das im Rahmen des Sonderforschungsbereiches „Zelluläre Überwachung und Schadensantworten“ der Universität Heidelberg durchgeführt wurde, waren Forscher aus Deutschland, China, Pakistan und Italien beteiligt. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in den Fachzeitschriften „The Plant Cell“ und „Plant Physiology“.
Originalpublikation
Batool, S., Uslu, V.V., Rajab, H., Ahmad, N., Waadt, R., Geiger, D., Malagoli, M., Xiang, C.-B., Hedrich, R., Rennenberg, H., Herschbach, C., Hell, R., Wirtz, M. (2018). Sulfate is Incorporated into Cysteine to Trigger ABA Production and Stomatal Closure. Plant Cell, https://doi.org/10.1105/tpc.18.00612
Malcheska, F., Ahmad, A., Batool, S., Müller, H.M., Ludwig-Müller, J., Kreuzwieser, J., Randewig, D., Hänsch, R., Mendel, R.R., Hell, R., Wirtz, M., Geiger, D., Ache, P., Hedrich, R., Herschbach, C., Rennenberg, H. (2017). Drought-Enhanced Xylem Sap Sulfate Closes Stomata by Affecting ALMT12 and Guard Cell ABA Synthesis. Plant Physiology 174, 798-814; https://doi.org/10.1104/pp.16.01784