Nicht nur wir Menschen, auch Pflanzen besitzen eine innere Uhr. Doch wie passt sich dieser Taktgeber an den Tag-Nacht-Rhythmus der Natur an? Offenbar spielen Zuckermoleküle eine entscheidende Rolle dafür, wie eine Studie nun zeigt. Demnach registrieren bestimmte Sensoren der Pflanzen, wie viel Zucker bei der Photosynthese produziert wird. Auf Basis dieser Informationen wird dann der Takt der inneren Uhr angepasst – eine Erkenntnis, die auch für die Landwirtschaft interessant sein könnte.
Die meisten Lebewesen passen ihr Verhalten an den Tag-Nacht-Rhythmus an – das gilt auch für Pflanzen. Der Takt ihrer inneren Uhr bestimmt, wie schnell sie wachsen, wann sie ihre Blüten öffnen oder besonders viele Duftstoffe und Nektar produzieren. Gleichzeitig hilft er ihnen dabei, ihre Energiereserven so einzuteilen, dass sie nachts nicht verhungern. Dabei muss dieser interne Taktgeber nicht nur dafür sorgen, dass die vielen Abläufe im Pflanzenkörper perfekt aufeinander abgestimmt sind – sondern auch, dass sie mit den Bedingungen in der Umwelt synchron laufen. Doch wie genau funktioniert das? Um herauszufinden, wie die innere Uhr von Pflanzen tickt, haben Alexander Frank von der University of Cambridge und seine Kollegen nun die Modellart Arabidopsis thaliana untersucht, die Ackerschmalwand. Sie wollten wissen: Wie kann der interne Taktgeber dieser Pflanze Veränderungen in der Umwelt feststellen?
Zuckersensor beeinflusst Uhrengen
Bei ihren Experimenten stellten sie fest: Offenbar registriert der Kreuzblütler, wie viel Zucker in seinen Zellen zur Verfügung steht. “Die Pflanze misst kontinuierlich die Zuckermenge, die bei der Photosynthese entsteht und nutzt diese Information, um die Abläufe im Körper entsprechend daran anzupassen”, erklärt Mitautor Antony Dodd von der University of Bristol. Entscheidend für diesen Prozess ist offenbar eine Kinase namens SnRK1. Dieses Enzym fungiert als Zuckersensor und reguliert wiederum die Aktivität eines wichtigen Transkriptionsfaktors, der Einfluss auf das Uhrengen PRR7 nimmt. Daneben wirkt noch ein weiteres Enzym sowohl auf diesen Transkriptionsfaktor als auch auf die Kinase. Dieses synthetisiert einen bestimmten Zucker, der bereits aus früheren Studien als wichtiger Signalstoff in Pflanzen bekannt ist – und unter anderem Einfluss auf den Stoffwechsel nimmt.
Über diese drei molekularen Komponenten verschiebt sich der Takt der inneren Uhr als Reaktion auf die aktuelle Verfügbarkeit von Energie. “Unsere Ergebnisse entschlüsseln erstmals einen Mechanismus in Pflanzen, der den zirkadianen Rhythmus nach hinten oder nach vorne verschiebt, um mit der Umwelt synchron zu sein”, konstatiert Dodd. Diese Erkenntnis könnte den Wissenschaftlern zufolge für die Landwirtschaft von Interesse sein. Denn die innere Uhr stellt unter anderem auch sicher, dass Pflanzen zur korrekten Jahreszeit reifen. Veränderungen von zirkadianen Rhythmen spielen demzufolge eine Rolle bei der Domestikation und dem Züchten neuer Pflanzensorten. “Das bedeutet: Der von uns entdeckte Mechanismus kann in der Zukunft womöglich genutzt werden, um den Ertrag von Nutzpflanzen zu verbessern”, schließt Dodd.
Quelle: Alexander Frank (University of Cambridge) et al., Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2018.05.092
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