Pflanzen haben molekularen Schalter entwickelt, um Hitze zu widerstehen
Durch den Klimawandel sind Pflanzen immer häufiger extremer Hitze ausgesetzt. Um zu überleben, müssen sie sich an höhere Temperaturen anpassen. Forscher des VIB, der Universität Gent, der KU Leuven und internationale Partner haben nun herausgefunden, wie Pflanzen dies bewerkstelligen.
Ihre Studie enthüllt einen molekularen Mechanismus, der Pflanzen hilft, sich während Hitzewellen abzukühlen.
„Nach einem erneut außergewöhnlich heißen und trockenen Sommer ist es wichtiger denn je zu verstehen, wie sich Pflanzen vor Hitze schützen“, sagt Prof. Ive De Smet. „So erfahren wir, wie wir Nutzpflanzen besser auf ein sich wandelndes Klima vorbereiten können.“
Wie Pflanzen sich kühl halten
Pflanzen können nicht an einen kühleren Ort ziehen, wenn es heiß wird. Deshalb sind sie auf clevere biologische Systeme angewiesen, um eine Überhitzung zu verhindern. Einer ihrer wichtigsten Abwehrmechanismen sind die Spaltöffnungen: kleine Öffnungen in der Blattoberfläche. Wenn die Temperatur steigt, können sich diese Poren öffnen. Dadurch verdunstet Wasser aus dem Blatt, was für Abkühlung sorgt. Das funktioniert ähnlich wie das Schwitzen beim Menschen. Wissenschaftler wussten bereits, dass Spaltöffnungen eine wichtige Rolle bei der Hitzetoleranz spielen, doch die zugrunde liegenden Prozesse waren noch nicht vollständig bekannt.
Unter der Leitung von Professor Ive De Smet vom VIB-UGent-Zentrum für Pflanzensystembiologie entdeckten die Forscher – darunter auch die Teams von Prof. Kevin Verstrepen (VIB-KU Leuven-Zentrum für Mikrobiologie) und Prof. Kris Gevaert (VIB-UGent-Zentrum für Medizinische Biotechnologie) – nun einen bislang unbekannten Mechanismus entdeckt, der dafür sorgt, dass die Spaltöffnungen bei Hitze offen bleiben.
Ein Protein namens UBP24 spiele dabei eine zentrale Rolle. Bei hohen Temperaturen wird dieses Protein stabilisiert, wodurch auch andere Proteine aktiv bleiben, die die Spaltöffnungen offen halten. So kann sich die Pflanze weiterhin abkühlen, wenn die Temperatur steigt.
Wichtige Erkenntnisse für Landwirtschaft von morgen
Da Hitzewellen weltweit häufiger auftreten und an Intensität zunehmen, wird es immer wichtiger zu verstehen, wie Pflanzen mit Hitze umgehen. Die neue Entdeckung erkläre besser, wie Pflanzen ihre Blätter unter warmen Bedingungen kühl halten. Obwohl es sich um Grundlagenforschung handele, biete sie neue Ansatzpunkte für die Entwicklung von Kulturpflanzen, die widerstandsfähiger gegen den Klimawandel seien.
Die Forscher verglichen das UBP24-Protein in Dutzenden von Pflanzenarten und stellten fest, dass ein spezifischer molekularer Schalter bereits bei den frühen Gefäßpflanzen entstand. Diese Entwicklung fiel mit der Entstehung aktiv gesteuerter Spaltöffnungen zusammen. Dank dieser Anpassung konnten Pflanzen ihre Reaktion auf Wärme präziser abstimmen.
Bemerkenswerterweise zeigte sich ein ähnliches Prinzip auch bei Hefen, trotz des enormen evolutionären Abstands zwischen Hefen und Pflanzen. Das deute darauf hin, dass diese Strategie zum Umgang mit Hitze bereits sehr alt sei und sich als besonders wirksam erweise.
„Es war besonders überraschend, ähnliche Lösungen in Organismen zu finden, die so unterschiedlich sind wie Pflanzen und Hefen“, sagt Erstautor Shao-Li Yang. „Das deutet darauf hin, dass es sich um einen sehr alten und effizienten Mechanismus handelt, mit dem sich Zellen vor Hitze schützen.“
Durch die Identifizierung eines molekularen Schalters, der das natürliche Kühlsystem von Pflanzen mitregelt, werfe diese Studie ein neues Licht darauf, wie sich Pflanzen im Laufe ihrer Evolution an veränderte Umgebungsbedingungen angepasst haben. Dieses Wissen vertiefe nicht nur unser Verständnis der Pflanzenwelt, sondern kann in Zukunft auch zur Entwicklung von Kulturpflanzen beitragen, die besser auf ein wärmeres Klima vorbereitet seien.
