Wie Anpassungsprozesse von Pflanzen beeinflusst werden können

Pflanzen müssen permanent in der Lage sein auf geänderte Umweltbedingungen reagieren zu können - sowohl an ihrem natürlichen Standort als auch unter Laborbedingungen. Zu diesem Zweck haben sie eine große Anzahl an Mechanismen entwickelt, die es ihnen als festverwurzelte Organismen erlaubt, Wachstum und Entwicklung auf vielfältigste Weise zu modifizieren. Molekulare Analysen belegten mittlerweile ein hochkomplexes System an feedback und feed-forward Regelkreisen, das die Koordination der Pflanzenentwicklung in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen reguliert. BOKU-Forscher haben nun einen vergleichsweise einfachen Signalweg identifiziert, der grundlegende Funktionen der Zelle mit Adaptation verknüpft. Dieser fundamentale Mechanismus betrifft die Translation, also die Übersetzung von RNA in Proteine: Eine Grundvoraussetzung für das Leben, die in jedem Organismus zu finden ist. Eine Veränderung in der Translationseffizienz sollte somit Synthese und Verfügbarkeit aller Proteine betreffen - mit entsprechend weitreichenden Konsequenzen für den betroffenen Organismus. In einer durch den FWF finanzierten und in Cell Reports erschienen Studie konnten Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Luschnig am BOKU-Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie nun demonstrieren, dass ein solcher Eingriff in die Translation der Modellpflanze Arabidopsis zu erstaunlich definierten Veränderungen führt. Sie betreffen in erster Linie Anpassungsmechanismen an veränderte Umweltbedingungen. Dies konnte auf eine modifizierte Wirkungsweise des Pflanzenbotenstoffes Auxin zurückgeführt werden - ein Hormon, das als "Master-Regulator" des Pflanzenwachstums fungiert. Im Speziellen konnte gezeigt werden, dass durch eine Änderung der Translationseffizienz die Verfügbarkeit von Auxin unmittelbar beeinflusst wird, wodurch in weiterer Folge Anpassungsprozesse der Pflanze modifiziert werden. Pflanzen steht somit ein simpler Mechanismus zur Verfügung, der es ihnen erlaubt, unter Umgehung komplexer Signaltransduktionswege, Wachstum und Entwicklung unmittelbar an den Primärmetabolismus zu koppeln. Ein gezieltes Eingreifen in die Regulation der Translationseffizienz könnte es somit ermöglichen, Pflanzen optimal an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Zur Studie: Leitner J., Retzer B., Malenica N., Bartkeviciute R., Lucyshin D., Jäger G., Korbei B., Byström A. and Luschnig C. Meta-regulation of Arabidopsis Auxin Responses Depends on tRNA Maturation, Cell Reports (2015),
http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(15)00345-9 Weitere Forschungen zum Thema Pflanzenwachstum/Auxin wurden im März von der Arbeitsgruppe Kleine-Vehn im Wissenschaftsmagazin eLife publiziert.