Die Klimaextreme nehmen zu: Hitze, Trockenperioden und sintflutartige Regenfälle setzen Pflanzen unter Stress und bedrohen Ernten weltweit. Nun gibt es Hoffnung aus der Biologie: Ein Team der Universität Freiburg hat einen Mechanismus entdeckt, der Pflanzen wie einen Schalter steuert – er entscheidet, ob Wachstum angekurbelt oder gebremst wird.
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Im Zentrum des Systems stehen die sogenannten PILS-Proteine. Sie wirken in den Zellen wie Torwächter: Mal blockieren sie das Pflanzenhormon Auxin, mal lassen sie es frei. So regulieren sie gezielt, wie Wurzeln sich ausbreiten oder Sprosse zum Licht strecken. Entscheidend für diese Flexibilität ist die sogenannte ERAD-Maschinerie, ein zelluläres Abbausystem, das die Zahl der PILS-Proteine kontrolliert.
„Man kann sich das wie einen molekularen Schalter vorstellen“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn, Leiter der Studie. „Die Pflanze entscheidet damit, ob Auxin wirken darf und passt ihr Wachstum flexibel an die Umweltbedingungen an.“
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So könnten Nutzpflanzen stabiler auf Klimaschwankungen reagieren
Für die Praxis eröffnen die Ergebnisse vielversprechende Möglichkeiten. Bei langen Trockenperioden könnten Pflanzen ihre Wurzeln tiefer in den Boden treiben, bei extremer Hitze ließe sich das Wachstum gezielt bremsen, um Energie zu sparen, und bei Starkregen könnten die Zellen besser geschützt werden.
„Wenn wir diesen Mechanismus verstehen und gezielt nutzen, könnten Nutzpflanzen stabiler auf Klimaschwankungen reagieren“, sagt Kleine-Vehn. Das könnte ein entscheidender Schritt sein, um Ernteausfälle zu verhindern und die Ernährungssicherheit zu stärken.
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Flexibles Wachstum durch Schalter
Schon kleinste Mengen von Hormonen können den Schalter umlegen. So ließ das Stresshormon Abscisinsäure gezielt bestimmte PILS-Proteine abbauen, während andere stabil blieben. Auch eine Zusatzgabe von Auxin versetzte die Pflanzen in einen neuen Wachstumsmodus. Messungen zeigten, dass die Reaktion bereits nach einer Stunde einsetzt, deutlich schneller, als bisher angenommen.
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Genetische Experimente bestätigten die Steuerungsfunktion. Pflanzen ohne bestimmte Enzyme der ERAD-Maschinerie wuchsen verkürzt, doch durch zusätzliche Veränderungen im PILS-System konnte der Effekt abgeschwächt werden. Das Zusammenspiel von Torwächtern und Abbausystem ist also entscheidend für das flexible Wachstum.
