Studie aus Wien

Forscher entdecken Boten für Darwins Pflanzenhormon

(Bild: EPA)

Einen neuen Transporter für das Pflanzenhormon Auxin haben Wissenschaftler der Universität für Bodenkultur in Wien aufgespürt. Der bereits von Charles Darwin entdeckte Botenstoff Auxin ist in praktisch allen Pflanzenteilen für Wachstum und Entwicklung verantwortlich. Die Wiener Wissenschaftler haben nun eine bisher unbekannte Proteinfamilie gefunden, die Auxin innerhalb der Zelle anreichert. Ihre Arbeit wurde in der Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Bei höheren Tieren - auch beim Menschen - ist die Bildung von Körperstrukturen, die sogenannte Morphogenese, nach der Embryonalentwicklung mehr oder weniger abgeschlossen. Pflanzen können dagegen jederzeit neue Wurzeln, Äste oder Triebe bilden und dieses Wachstum auch dem herrschenden Umfeld anpassen. So können Wurzeln etwa ein Hindernis "umgehen".

Bei all diesen gerichteten Wachstumsprozessen ist das Pflanzenhormon Auxin im Spiel. Der Botenstoff wird dabei mittels eines komplexen Transportmechanismus von Zelle zu Zelle an den Wirkungsort transportiert. Eine wichtige Rolle als Transporter spielen dabei Proteine, etwa die Protein-Familie PIN, von der bisher acht Varianten bekannt sind (PIN1 bis PIN8).

Mit einer Ausnahme sind diese Eiweiß-Faktoren imstande, Auxin aus der Zelle herauszupumpen. Nur PIN5 transportiert Auxin nicht aus der Zelle hinaus, sondern vielmehr in das sogenannte Endoplasmatische Retikulum (ER), eine Art Kanalsystem innerhalb der Zelle. Dieses Verhalten haben Boku-Wissenschaftler bereits 2009 in "Nature" publiziert.

Bisher unbekannte Proteinfamilie entdeckt
Jürgen Kleine-Vehn vom Boku-Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie und sein Team haben nun gemeinsam mit belgischen und tschechischen Forschern eine bisher unbekannte Proteinfamilie mit ähnlicher Funktion entdeckt. Auch die PILS (PIN-LIKES) genannten Proteine reichern Auxin im endoplasmatischen Retikulum an.

Damit wird das Hormon letztendlich inaktiviert - die PILS bestimmen also, wie stark eine Zelle auf Auxin reagiert. "Wir konnten zeigen, dass lediglich der Mangel oder der Überfluss eines bestimmten PILS-Proteins das Pflanzenwachstum und die Entwicklung stark beeinflussen", erklärte Kleine-Vehn.

Denkbar sei, dass der Prozess auch in die andere Richtung gehen kann und das im endoplasmatischen Retikulum gespeicherte Auxin wieder aktiviert wird, betonte der Wissenschaftler. Genaueres darüber wisse man aber noch nicht. Auch an den Unterschieden von PIN5 und den neuen PILS-Proteinen wird derzeit geforscht. Die Wissenschaftler nehmen an, dass die PILS-Proteine in der pflanzlichen Evolution vor den PIN-Proteinen entstanden sind. Beleg dafür ist, dass in einzelligen Algen zwar PILS-, aber keine PIN-Proteine vorkommen.

Entschlüsselung des Pflanzenwuchses
Die Wissenschaftler sind der Entschlüsselung der komplexen Steuerung des Pflanzenwuchses jedenfalls einen Schritt näher gekommen. "Man weiß, dass verschiedene Zellen anders auf die gleiche Auxin-Konzentration reagieren, die PILS-Proteine könnten ein Grund dafür sein", so Kleine-Vehn.

Immerhin entscheidet die streng kontrollierte Hormonverteilung, wo Wurzeln, Blätter oder Blüten entstehen bzw. wie viele von diesen Organen angelegt werden. Neue Erkenntnisse in diesem Bereich könnten etwa dazu genutzt werden, Nutzpflanzen besser an eine neue Umgebung anzupassen.