Wie Hormone das Wachstum von Pflanzen steuern

Tübinger Entwicklungsgenetiker veröffentlichen Forschungsergebnisse in der Zeitschrift Nature

Wie bei Mensch und Tier wird auch bei Pflanzen das Wachstum über Hormone gesteuert. Damit sich Pflanzenzellen an bestimmten Stellen teilen oder strecken und die Pflanze wächst, muss das Wachstumshormon Auxin am richtigen Ort vorhanden sein. Auxin steuert zum Beispiel die Ausformung der Gestalt der Pflanze, indem die Gipfelknospe eines Zweiges das Austreiben der darunter liegenden Seitenknospen hemmt. Das Hormon sorgt auch dafür, dass Pflanzen sich beim Wachsen in Richtung einer Lichtquelle krümmen oder ihre Wurzeln in Richtung der Schwerkraft wachsen. Außerdem ist Auxin an der Ausbildung von wasser- und nährstoffleitenden Geweben beteiligt. Viele der Wirkungen des Auxins haben Wissenschaftler durch spezielle Hemmstoffe untersucht. Diese so genannten Auxin-Transport-Inhibitoren unterbrechen den Transport des Auxins auf seinem Weg zum Ort des Wachstums. Tübinger Biologen um Prof. Gerd Jürgens vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen haben nun zusammen mit Kollegen vom Kölner Max-Delbrück-Laboratorium den Wirkungsmechanismus der Auxin-Transport-Inhibitoren aufgeklärt. Ihre Forschungsergebnisse werden in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature (Band 413, Heft 6854) veröffentlicht.

Wenn Auxin zur wachsenden Wurzelspitze transportiert wird, muss es durch die Zellen hindurch geschleust werden. Dazu gibt es spezielle Rezeptoren in der Zellmembran, der äußeren Hülle der Zelle. Der gerichtete Transport des Auxins kommt dadurch zu Stande, dass die Rezeptoren sich polar an einer Seite der Zelle sammeln. Bisher war bereits bekannt, dass Auxin-Transport-Inhibitoren nicht einfach das Auxin abfangen. Die Pflanzenphysiologen haben nun herausgefunden, dass die Hemmstoffe nicht die polare Ansammlung der Rezeptoren an einer Seite der Zelle stören. Vielmehr greifen sie beim Transport der Rezeptoren in der Zelle ein. Die Auxin-Rezeptoren wechseln dauernd zwischen internen Abteilen in der Zelle und der äußeren Zellmembran. Transportiert werden sie entlang dem so genannten Zellskelett, das man sich wie gespannte Fäden vorstellen kann, an denen die Rezeptoren entlangwandern. Werden Auxin-Transport-Inhibitoren hinzugegeben, wird der Fluss der Rezeptoren in der Zelle unterbunden.

Für die Forscher überraschend war die Feststellung, dass die Auxin-Transport-Inhibitoren auch den Transport von Membraneiweißen hemmten, die mit dem Auxinfluss nichts zu tun haben. Es liegt daher nahe, dass die Auxin-Transport-Inhibitoren nicht, wie angenommen, speziell das Auxin hemmen. Doch scheint das Transportsystem der Auxin-Rezeptoren in der Zelle besonders empfindlich und bei der Regulierung des Auxinflusses von großer Wichtigkeit zu sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein ständiger Fluss der Auxin-Rezeptoren in der Zelle für den gerichteten Auxin-Transport notwendig ist.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Gerd Jürgens zielt mit ihren Forschungen an der Modellpflanze der Genetiker, der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), darauf ab, grundsätzliche Mechanismen in der Entwicklung von Pflanzen aufzuklären.

Nähere Informationen:

Prof. Gerd Jürgens, Tel. 0 70 71/2 97 88 87
Niko Geldner, Tel. 0 70 71/2 97 74 66
ZMBP, Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen
Entwicklungsgenetik
Auf der Morgenstelle 3
72076 Tübingen