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Genetik : Nachtschicht für Pflanzen

  • -Aktualisiert am

Die Taufliege der Botaniker: die Ackerschmalwand Arabidopsis Bild: Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie Tübingen

Nachts wachsen Pflanzen am stärksten. Dafür sind Steuerungsgene verantwortlich, die gleichzeitig aktiv werden, wie Forscher nun herausgefunden haben. Der Signalgeber für die synchronisierte Aktivität muss noch gefunden werden. Er könnte auch von großer praktischer Bedeutung sein.

          Dass die meisten Pflanzen in der Nacht und in der frühen Morgendämmerung am stärksten wachsen, geht auf das Zusammenspiel von Steuerungsgenen zurück, die zu diesem Zeitpunkt gleichzeitig aktiv werden und dann wieder verstummen. Das haben Forscher um Todd Michael vom Salk Institute for Biological Studies in San Diego herausgefunden.

          Die von den Wissenschaftlern entdeckten Gene wirken wie übergeordnete Regulatoren. Sie treiben kurz vor Tagesanbruch zahlreiche für das Wachstum der Pflanze wichtige Erbanlagen an, damit diese Wachstumshormone, Lichtsensoren und Proteine für die Steuerung des zirkadianen Rhythmus bilden.

          Wie aus dem Bericht der amerikanischen Forschergruppe in der Online-Zeitschrift "Plos Biology" (doi:10.1371/journal.pbio.0060225) hervorgeht, ließ sich die nächtliche Aktivierung der übergeordneten Steuerungsgene an auskeimenden Samen der Ackerschmalwand auf eindrucksvolle Weise sichtbar machen. Die Forscher koppelten dazu ein Leuchtenzym, eine Luciferase, an die von ihnen identifizierten Steuerungsgene.

          Protein als Signalgeber

          Anschließend konnten sie beobachten, dass die Keimlinge jeweils vor der Morgendämmerung zu leuchten begannen. Die Leuchtreaktion zeigte also die Aktivierung der übergeordneten Steuerungsgene an, die den Wachstumsschub auslösten. Nach Anbruch des Tages versiegten die Genaktivitäten, und die Pflanzen stellten ihr Wachstum ein, bis sich ihr rhythmisches Wachsen in der nächsten Nacht wiederholte.

          Die amerikanischen Wissenschaftler machten bei den übergeordneten Steuerungsgenen eine gemeinsame Gensequenz aus. Sie vermuten, dass diese Gene deshalb gleichzeitig aktiv werden können, weil sich an dieses Strukturelement ein Protein anlagert, das sämtlichen Steuerungsgenen zum gleichen Zeitpunkt ein Aktivierungssignal übermittelt. Um welche Art von Protein es sich bei diesem Signalgeber handelt, wissen die Forscher noch nicht. Sie sind jedoch überzeugt, dass seine Entdeckung große Bedeutung für die Landwirtschaft erlangen könnte. Denn dann ließe sich der Wachstumsrhythmus von Pflanzen vom gewöhnlichen 24-Stunden-Takt durch äußere Beeinflussung womöglich abkoppeln und nach Belieben beschleunigen. Das könnte zu höheren Erträgen führen, sei es bei Pflanzen, die der Ernährung dienen, oder bei solchen, die als Biomasse für die Energiegewinnung verwertet werden, spekulieren die Forscher.

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