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Molekularer Auslöser der Blütenbildung identifiziert | Chemikalien.de
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Molekularer Auslöser der Blütenbildung identifiziert

Februar 15, 2004 by admin 

Wenn die ersten Blüten im Frühling auftauchen, ist das eines der sichersten Zeichen, dass der Winter vorbei ist. Doch auf welche Weise sind Pflanzen in der Lage, die wechselnden Jahreszeiten zu registrieren und wie verwenden sie diese Information, um zur rechten Zeit ihre Blüten auszubilden? Dass Pflanzen also offenbar eine innere Uhr besitzen, die ihnen erlaubt, die Tageslänge zu messen, wurde lange Zeit mit Skepsis aufgenommen. Erst durch die Isolation der daran beteiligten Gene und Proteine werden schrittweise jene Mechanismen klarer, mit deren Hilfe Pflanzen die Zeit messen und ihren Lebenszyklus steuern. In der neuesten Ausgabe des internationalen Wissenschaftsmagazins “Science” (Science, 13. Februar 2004) beschreibt jetzt eine Gruppe vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, über welches molekulare Regelwerk ein bestimmtes Protein mit dem Namen CONSTANS die Blütenbildung auslöst. Dieses Protein reichert sich nämlich erst dann im Zellkern von Pflanzenzellen an, wenn die Pflanzen den langen Lichtperioden von Frühlingstagen ausgesetzt sind. Hingegen wird das Protein rasch abgebaut, wenn die Tage wie im Winter zu kurz sind. Das Wissen, auf welche Weise Blüten im Frühling gebildet werden, könnte auch helfen, den Ertrag wichtiger Nutzpflanzen zu steigern.


[IMG]http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/multimedial/bilderWissenschaft/2004/02/Coupland1/Web_Pressebild.jpeg[/IMG]
Abb. 1: Wenn die Tage lang sind, fängt die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) früh zu blühen an. Die Pflanzen auf der linken Seite wurden 16 Stunden am Tag dem Licht ausgesetzt. Sie haben zu blühen begonnen und bilden Samen. Die Pflanzen auf der rechten Seite sind gleich alt, blühen aber noch nicht. Sie haben pro Tag nur 10 Stunden Licht erhalten.

Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung


Erst vor etwa 80 Jahren gelang es zu zeigen, dass Tabakpflanzen zwischen Sommer und Winter unterscheiden können, indem sie die Tageslänge messen. Wie man später herausfand, ist dieser Vorgang, der so genannte Photoperiodismus, im Pflanzenreich weit verbreitet. Er kommt sogar bei Säugetieren, Insekten und Vögeln vor. Außer der Blütenbildung werden auch noch andere, saisonabhängige Vorgänge über die Tageslänge gesteuert, wie beispielsweise die Bildung der Knollen bei der Kartoffel oder die Winterruhe der Knospen von Obstbäumen.

Das erste Modell, mit dem man die Mechanismen des Photoperiodismus zu erklären suchte, stammt von Erwin Bünning (1906 - 1990), der in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts in Jena und Königsberg und nach 1946 in Tübingen arbeitete. Danach werden viele Aspekte des pflanzlichen Verhaltens vom Tagesrhythmus gesteuert, zum Beispiel die Bewegung der Blätter, um das Sonnenlicht optimal zu verwerten, oder das Schließen der Spaltöffnungen an den Blättern, um den Wasserverlust während des Tages möglichst gering zu halten. Diese Verhaltensweisen folgen also einem circadianen Rhythmus, d.h. sie werden von einer inneren Uhr gesteuert, deren Zyklus etwa 24 Stunden dauert. Bünning schlug damals vor, die innere Uhr bilde auch die Basis für den Photoperiodismus. Nach seiner Vorstellung kontrolliert der von der inneren Uhr erzeugte Rhythmus die Blütenbildung, wobei ein Abschnitt des Rhythmus lichtempfindlich sei. Wann eine Pflanze also zu blühen beginnt, hängt davon ab, ob sie während des lichtempfindlichen Abschnitts ihres inneren Rhythmus tatsächlich dem Sonnenlicht ausgesetzt war. Demnach kann die Blütenbildung nur an langen, nicht aber an kurzen Tagen eingeleitet werden, da die lichtempfindliche Phase bei langer Sonneneinstrahlung im Licht, an kurzen Tagen aber in der Dunkelheit liegt. Die Blütenbildung hängt also davon ab, ob ein externes Signal, nämlich Licht, mit einem internen Rhythmus zusammenwirkt. Sie deshalb als “externes Koinzidenzmodell” bekannt.
Originalveröffentlichung:

Federico Valverde, Aidyn Mouradov, Wim Soppe, Dean Ravenscroft, Alon Samach, George Coupland
Photoreceptor Regulation of CONSTANS Protein and the Mechanism of Photoperiodic Flowering
Science, 13 February 2004
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2004/pressemitteilung20040210/

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