Pflanzen senden SOS-Signale bei Hitze

Wenn die Temperaturen steigen, geraten Pflanzen in Stress. Sie schließen ihre Spaltöffnungen, drosseln die Fotosynthese und aktivieren Hitzeschutz-Gene. Doch wie erfährt der Zellkern überhaupt von der Gefahr? Ein Forschungsteam vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat nun einen bislang wenig verstandenen Kommunikationsweg entdeckt, der Pflanzen hilft, solche Extremsituationen zu überstehen.

Pflanzliche Zellen besitzen etwas, das tierische Zellen nicht haben: sogenannte Plastiden. Dazu gehören die grünen Chloroplasten mit dem Fotosynthese-Pigment Chlorophyll, aber auch farblose Leukoplasten. Schon im 19. Jahrhundert beobachtete der Berliner Pflanzenphysiologe Gottlieb Haberlandt, dass die normalerweise linsenförmigen Chloroplasten manchmal plötzlich lange, röhrenförmige Finger bilden. Lange Zeit hielt man dies für ein Artefakt – erst in den 1990er Jahren, mit besseren Mikroskopen, erkannte man, dass die Strukturen real sind. Die Pflanzenphysiologin Maureen Hanson nannte sie 1999 „Stromuli“. Doch ihre Funktion blieb rätselhaft.

Das Team um Peter Nick vom Botanischen Institut des KIT verfolgte die Bildung dieser nur etwa ein Mikrometer dünnen Röhren detailliert mit Fluoreszenzmarkern. Sie behandelten die Zellen mit dem Stresshormon Jasmonat und beobachteten, dass die Stromuli bis zum Zellkern reichen. Dabei orientieren sie sich an den noch viel zarteren Mikrotubuli, deren Durchmesser nur 25 Nanometer beträgt. Die Hypothese: Die Ausläufer der Plastiden übermitteln der Kommandozentrale direkt Informationen darüber, welche Proteine gebraucht werden.

Die Experimente fanden an chlorophyllfreien Tabak-Zellkulturen statt, also an farblosen Leukoplasten. Die Ergebnisse lassen sich aber vermutlich auf Chloroplasten übertragen. Besonders interessant macht die Entdeckung die Klimakrise: „Wir konnten zeigen, dass sich dieser Alarmmechanismus gezielt beeinflussen lässt. Und wir haben molekulare Faktoren identifiziert, die die Bildung der ‚Finger‘ beschleunigen und effizienter machen können“, sagt Peter Nick. Manche Wildpflanzen können ausgesprochen gut mit Stress umgehen – womöglich ist ihr Stromuli-System besonders leistungsstark. Könnte man diese Eigenschaften auf Nutzpflanzen übertragen, würden diese vielleicht besser gegen Hitze und andere Widrigkeiten gewappnet sein.