Immer nach oben. Der Sonne entgegen. Die Hauptbeschäftigung von Pflanzen ist das Wachsen. Aber wohin? Die Richtung bestimmen spezielle Pflanzenhormone, vor allem Auxin. Elmar Weiler, Pflanzenphysiologe von der Ruhr-Universität Bochum.
"Eine Pflanze ohne Auxin würde überhaupt nicht wachsen. Die würde sich nicht entwickeln. Die könnte nicht einmal aus einem Samen keimen. Die wäre gar nicht lebensfähig."
Wer verstehen will, wie Auxin wirkt, und die Wirkung möglicherweise verbessern will, muss dessen Rezeptor kennen. Also die Empfangsstation für den Botenstoff Auxin. Diesen Rezeptor haben Generationen von Pflanzenforschern vergeblich gesucht. Sie haben zum Beispiel mögliche Kandidaten gezielt in den Pflanzen ausgeschaltet, durch Mutation. Man wollte also Pflanzen ohne Auxin-Rezeptor züchten. Weiler:
"Und man hat solche Pflanzen nie finden können, weil eine Zerstörung des Rezeptors durch eine Mutation dazu führt, dass eine Pflanze ohne Rezeptor gar nicht mehr lebensfähig ist. Es war also extrem schwierig an diesen Rezeptor heranzukommen."
Nun ist es gleich zwei Teams gelungen, den Rezeptor zu finden. Eines in den USA, an der Indiana-Universität, und eines an der Universität York in England. Die Leiterin der Arbeitsgruppe dort ist Ottoline Leyser. Den Vornamen Ottoline hat sie übrigens ihrem deutschen Großvater Otto zu verdanken.
"Der Mechanismus, den wir jetzt entdeckt haben, ist höchst ungewöhnlich. Er ist im Grunde einfach. Bis jetzt war diese Form der Signalübertragung unbekannt. Wir konnten also nicht vorhersehen, wie es funktioniert, und deshalb war die Jagd nach dem Rezeptor so schwierig."
Das Auxin bindet an ein Eiweiß. Das ist der Rezeptor. Sein Name: TIR 1. Auxin veranlasst den Rezeptor, sich mit einem anderem Eiweiß zu verbinden. Einem so genannten Repressor. Der steht normalerweise direkt mit dem Erbgut in Verbindung. Er blockierte bestimmte Erbanlagen und sorgt letztlich dafür, dass die Wachstumsgene inaktiv bleiben. Sobald aber Auxin in die Zelle kommt, heftet sich der Rezeptor TIR 1 an den Repressor. Dann passiert es: Der blockierende Repressor wird in seine Bestandteile zerlegt und abgebaut. Er gibt das Erbgut frei und die Wachstumsgene haben freie Bahn. Leyser:
"Die Idee, dass das Auxin direkt einen Eiweißabbau auslöst, ist völlig neu. Das ist höchst ungewöhnlich. Im Grunde ist der Mechanismus direkter und einfacher als wir zunächst dachten. Das hat nicht nur uns überrascht. Nun ist es spannend nachzuschauen, ob auch andere Signalsysteme in Pflanzen so ähnlich funktionieren."
Der Durchbruch gelang dank zweier erst in den letzten Jahren entwickelter Methoden. Zum einen half der vollständig vorliegende genetische Bauplan der Ackerschmalwand Arabidopsis. Die zweite Methode ist ungewöhnlicher. Die Wissenschaftler untersuchten den Signalweg der Pflanzen in Froscheiern. Sie brachten die Gene für die verschiedenen Komponenten des Auxin-Systems in die relativ großen Embryonal-Zellen der Frösche. Dort untersuchten sie, wie die Komponenten zusammen wirkten. In fremder Umgebung ließ sich der Mechanismus viel besser isolieren und studieren als im alltäglichen Durcheinander des Pflanzenstoffwechsels. Für die Pflanzenforschung ist die Entdeckung des Auxin-Rezeptors ein Startsignal für weitere biochemische und genetische Untersuchungen . Auch praktische Anwendungen sind denkbar. Elmar Weiler von der Ruhr-Universität Bochum:
"Man könnte tatsächlich überlegen, diesen Rezeptor zu benutzen, um das Wachstum von Pflanzen gezielt zu verändern. Das ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht sicher, aber man wird versuchen, das Wachstum durch solche genetechnischen Veränderungen genauer zu untersuchen."
Ottoline Leyser etwa denkt daran, das Wachstum und die Verzweigung von Weiden zu beeinflussen. Diese schnell wachsenden Bäume sind ideale Rohstoff- und Brennstoff-Lieferanten. Durch mehr Auxin-Rezeptoren könnte man sie dazu bringen, weniger Zweige zu bilden, und statt dessen in die Höhe zu wachsen. Der Sonne entgegen.
"Eine Pflanze ohne Auxin würde überhaupt nicht wachsen. Die würde sich nicht entwickeln. Die könnte nicht einmal aus einem Samen keimen. Die wäre gar nicht lebensfähig."
Wer verstehen will, wie Auxin wirkt, und die Wirkung möglicherweise verbessern will, muss dessen Rezeptor kennen. Also die Empfangsstation für den Botenstoff Auxin. Diesen Rezeptor haben Generationen von Pflanzenforschern vergeblich gesucht. Sie haben zum Beispiel mögliche Kandidaten gezielt in den Pflanzen ausgeschaltet, durch Mutation. Man wollte also Pflanzen ohne Auxin-Rezeptor züchten. Weiler:
"Und man hat solche Pflanzen nie finden können, weil eine Zerstörung des Rezeptors durch eine Mutation dazu führt, dass eine Pflanze ohne Rezeptor gar nicht mehr lebensfähig ist. Es war also extrem schwierig an diesen Rezeptor heranzukommen."
Nun ist es gleich zwei Teams gelungen, den Rezeptor zu finden. Eines in den USA, an der Indiana-Universität, und eines an der Universität York in England. Die Leiterin der Arbeitsgruppe dort ist Ottoline Leyser. Den Vornamen Ottoline hat sie übrigens ihrem deutschen Großvater Otto zu verdanken.
"Der Mechanismus, den wir jetzt entdeckt haben, ist höchst ungewöhnlich. Er ist im Grunde einfach. Bis jetzt war diese Form der Signalübertragung unbekannt. Wir konnten also nicht vorhersehen, wie es funktioniert, und deshalb war die Jagd nach dem Rezeptor so schwierig."
Das Auxin bindet an ein Eiweiß. Das ist der Rezeptor. Sein Name: TIR 1. Auxin veranlasst den Rezeptor, sich mit einem anderem Eiweiß zu verbinden. Einem so genannten Repressor. Der steht normalerweise direkt mit dem Erbgut in Verbindung. Er blockierte bestimmte Erbanlagen und sorgt letztlich dafür, dass die Wachstumsgene inaktiv bleiben. Sobald aber Auxin in die Zelle kommt, heftet sich der Rezeptor TIR 1 an den Repressor. Dann passiert es: Der blockierende Repressor wird in seine Bestandteile zerlegt und abgebaut. Er gibt das Erbgut frei und die Wachstumsgene haben freie Bahn. Leyser:
"Die Idee, dass das Auxin direkt einen Eiweißabbau auslöst, ist völlig neu. Das ist höchst ungewöhnlich. Im Grunde ist der Mechanismus direkter und einfacher als wir zunächst dachten. Das hat nicht nur uns überrascht. Nun ist es spannend nachzuschauen, ob auch andere Signalsysteme in Pflanzen so ähnlich funktionieren."
Der Durchbruch gelang dank zweier erst in den letzten Jahren entwickelter Methoden. Zum einen half der vollständig vorliegende genetische Bauplan der Ackerschmalwand Arabidopsis. Die zweite Methode ist ungewöhnlicher. Die Wissenschaftler untersuchten den Signalweg der Pflanzen in Froscheiern. Sie brachten die Gene für die verschiedenen Komponenten des Auxin-Systems in die relativ großen Embryonal-Zellen der Frösche. Dort untersuchten sie, wie die Komponenten zusammen wirkten. In fremder Umgebung ließ sich der Mechanismus viel besser isolieren und studieren als im alltäglichen Durcheinander des Pflanzenstoffwechsels. Für die Pflanzenforschung ist die Entdeckung des Auxin-Rezeptors ein Startsignal für weitere biochemische und genetische Untersuchungen . Auch praktische Anwendungen sind denkbar. Elmar Weiler von der Ruhr-Universität Bochum:
"Man könnte tatsächlich überlegen, diesen Rezeptor zu benutzen, um das Wachstum von Pflanzen gezielt zu verändern. Das ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht sicher, aber man wird versuchen, das Wachstum durch solche genetechnischen Veränderungen genauer zu untersuchen."
Ottoline Leyser etwa denkt daran, das Wachstum und die Verzweigung von Weiden zu beeinflussen. Diese schnell wachsenden Bäume sind ideale Rohstoff- und Brennstoff-Lieferanten. Durch mehr Auxin-Rezeptoren könnte man sie dazu bringen, weniger Zweige zu bilden, und statt dessen in die Höhe zu wachsen. Der Sonne entgegen.