Alarmsignal bei Wassermangel

Stresshormon Abcisinsäure warnt Pflanzen vor Trockenheit

Auf der Blattoberfläche sind durch Schließzellen regulierbare Poren vorhanden, über die der Gasaustausch und die Verdunstung stattfinden. Die Blattöffnungen, Stomata genannt, schließen sich bei Wassermangel und mindern dadurch den Wasserverlust. Die Regulierung der Schließzellen wird durch das Stresshormon Abcisinsäure ausgelöst. Die eine Pflanze reagiert schneller, die andere langsamer auf Anzeichen des Wassermangels. Der Klimawandel wird die Sommer heißer machen und Pflanzen höherem Trockenstress aussetzen. Die Pflanzen, die schneller ihre Stomata schließen können, sind im Vorteil.

Reaktion schon bei trockener Luft

Bislang gingen die Wissenschaftler davon aus, dass trockener Boden das wichtigste Signal gibt, mehr Abcisinsäure zu produzieren und die Blattöffnungen auf Sparmodus zu setzen. Doch bevor der Boden austrocknet sinkt schon der Feuchtigkeitsgehalt in der Luft. Würzburger Pflanzenforscher um Prof. Rainer Hedrich und Peter Ache vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik haben herausgefunden, dass die Schließzellen das Abcisin selbst produzieren können und die Pflanze daher schon auf trockene Luft reagieren kann.
Beobachtet hatte diesen Effekt bereits Francis Darwin im Jahr 1889. Jetzt haben die Würzburger den Beweis erbracht, wie die Pflanzen das machen. Im Erbgut der Ackerschmalwand wurden Gene gefunden, die Abcisinsäure in den Schließzellen produzieren. Ein Versuch mit Pflanzen, denen die Bildung des Hormons abhanden gekommen ist, welken dann auch bereits innerhalb von drei Stunden in trockener Luft. Werden die Mutanten wieder in die Lage versetzt, Abcisinsäure zu bilden, dann halten sie der trockenen Luft stand. Das Fazit von Rainer Hedrich: „Die Fähigkeit der Schließzellen, bei Bedarf selbst Abcisinsäure herzustellen, ist essentiell und ausreichend für die Pflanzen, um einen Abfall der Luftfeuchtigkeit zu widerstehen.“

Das Stresshormon Abszisinsäure (ABA) schützt Pflanzen vor dem Verwelken. Unter seiner Einwirkung schließen Blätter bei niedriger Luftfeuchtigkeit ihre Spaltöffnungen und überleben (oben).

Dabei wird ABA sowohl in den Schließzellen als auch in anderen Geweben gebildet. Eine Mutante, die überhaupt kein ABA mehr synthetisieren kann, wird schnell welk (Mitte).

Wird in dieser Mutante nur in den Schließzellen ABA produziert (unten), verhält sie sich bei niedriger Luftfeuchtigkeit wieder wie eine normale Pflanze

Nachdem die Wirkweise erklärt ist, folgt die Suche nach dem Sensor. Wie misst die Pflanze die Trockenheit, was ist das Referenzsystem, um zu entscheiden, die Stomata dicht zu machen? Neben der Modellpflanze Ackerschmalwand soll die Suche bei den Dattelpalmen fortgesetzt werden, denn die wachsen an wirklich trockenen Standorten und sind in der Lage beachtliche Erträge zu erzielen.

Lesestoff:

„The Stomatal Response to Reduced Relative Humidity Requires Guard Cell-Autonomous ABA Synthesis”, Hubert Bauer, Peter Ache, Silke Lautner, Joerg Fromm, Wolfram Hartung, Khaled A.S. Al-Rasheid, Sophia Sonnewald, Uwe Sonnewald, Susanne Kneitz, Nicole Lachmann, Ralf R. Mendel, Florian Bittner, Alistair M. Hetherington, and Rainer Hedrich. Current Biology, online publiziert am 6. Dezember 2012, DOI: 10.1016/j.cub.2012.11.022

Roland Krieg; Foto: Peter Ache, Uni Würzburg