Forscher lüften Geheimnis um Wurzelsymbiose
Pflanzen nutzen ausgeklügelten Mechanismus zur Nährstoffaufnahme
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Bäumchenförmige Arbuskel in Wurzelzellen (Foto: uni-muenchen.de/Priya Pimprikar) |
München (pte003/30.03.2016/06:10) Forscher der Universität München http://www.uni-muenchen.de haben einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, mit dem Pflanzen die Intensität ihrer Symbiosen steuern können. Damit die Nährstoffübergabe funktioniert, dringen Pilzhyphen in die Wurzelzellen der Pflanzen ein und bilden dort bäumchenartige Strukturen. Diese Arbuskeln entlassen dann wiederum Mineralstoffe in die Pflanzenzelle.
Arbuskeln als wichtiger Schlüssel
"Die Ausbildung dieser ,Alien-Strukturen' innerhalb der Pflanzenzelle erfordert eine regulatorische und metabolische Meisterleistung von der Pflanze", sagt die Münchner Biologin Caroline Gutjahr. Wie stark der Pilz die Wurzeln besiedelt, hänge vom physiologischen Zustand der Pflanze ab, unter anderem von ihrem tatsächlichen Nährstoffbedarf. Bei guter Phosphatversorgung etwa wird die Arbuskelbildung gehemmt.
"Es war aber bisher noch kein molekularer Mechanismus bekannt, der das Ausmaß der Arbuskelbildung mit den physiologischen Bedürfnissen der Pflanze verknüpfen könnte", ergänzt die Expertin. Um den Mechanismus der Arbuskelbildung besser zu verstehen, wurde eine Mutante der Pflanze Lotus japonicus untersucht, deren Arbuskelbildung gestört ist.
"In dieser Pflanze entdeckten wir eine Mutation des Gens RAM1, das für die Aktivierung von Genen und somit für die Umsetzung genetischer Informationen in Boten-RNA verantwortlich ist, die anschließend in Proteine übersetzt wird", erklärt Gutjahr. Die resultierenden Proteine seien wichtig für die Ausführung der Arbuskelbildung in der Pflanzenzelle. Die Entschlüsselung ihrer Funktion wollen sich die Wissenschaftler in künftigen Projekten vornehmen.
CYCLOPS und DELLA aktivieren RAM1
Während der Arbuskelbildung wird RAM1 stark aktiviert, daher sind die Mechanismen dieser Aktivierung interessant. Laut den Fachleuten sind an der Aktivierung gleich zwei regulatorische Proteine beteiligt: Zum einen ist es der Transkriptionsfaktor CYCLOPS, von dem sie bereits wussten, dass er eine Schlüsselrolle bei der Regulation von Wurzelsymbiosen spielt. Das andere Protein namens DELLA war bisher nur aus anderen Zusammenhängen bekannt, und zwar als wichtiger Faktor in der Signalkette des Pflanzenhormons Gibberellin, in der es für die Regulation von Physiologie und Wachstum der Pflanze essenziell ist.
"Die beiden Proteine CYCLOPS und DELLA interagieren bei der Aktivierung von RAM1 sogar direkt", ergänzt Prijya Pimprikar, Doktorandin in Gutjahrs Team und Erstautorin der Studie. "Wir gehen davon aus, dass wir mit dieser Interaktion erstmals eine zentrale Schaltstelle gefunden haben, an der Informationen zur Symbiose und zur Physiologie der Pflanze direkt zusammenlaufen, so dass die Pflanze die Menge der Wurzelbesiedlung durch den Pilz an ihre physiologischen Bedürfnissen zum Beispiel den Nährstoffbedarf anpassen kann", so Gutjahr.
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