Landwirtschaftliche Nutzpflanzen sind oft rauen Umweltbedingungen ausgesetzt. Anstatt Energie für das Wachstum zu verwenden, zwingen Faktoren wie Krankheiten, extreme Temperaturen und salzige Böden Pflanzen dazu, sie zu verwenden, um auf den daraus resultierenden Stress zu reagieren. Dieses Phänomen wird „der Kompromiss zwischen der Reaktion auf Wachstum und Stress“ genannt.
Ein Forscherteam der Universität Nagoya hat einen bisher unbekannten Weg entdeckt, der reguliert, ob eine Pflanze ihre Ressourcen für das Wachstum oder zur Bewältigung von Stress nutzt. Phys.org-Portal. Diese Entdeckung könnte die Kontrolle der Stressreaktion unter landwirtschaftlichen Bedingungen ermöglichen und deren Ertrag steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Wissenschaft.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Yoshikatsu Matsubayashi und Associate Professor Mari Ohnishi von der Nagoya University Graduate School of Life Sciences in Japan untersuchte die Rolle von Hormonen und ihren Rezeptoren bei Pflanzenreaktionen auf Stress.
Sie konzentrierten sich auf drei Rezeptoren, für die das entsprechende Hormon noch nicht identifiziert war. Unter Verwendung von Arabidopsis thaliana, einer kleinen blühenden Pflanze, entdeckten sie die PSY-Familie, die als Hormon fungiert, an diese Rezeptoren bindet und die Stressreaktion auf Wachstum umschaltet und umgekehrt.
Normalerweise fungieren Rezeptoren und Hormone als Schlösser und Schlüssel, wobei das Hormon (in diesem Fall das Peptid PSY) als Schlüssel fungiert, der zum Starten des biologischen Prozesses benötigt wird. In dieser Studie hatten jedoch Pflanzenzellen, die kein PSY produzierten, dennoch eine aktive Stressreaktion. Daher deutet dies darauf hin, dass, anstatt die Stressreaktion zu aktivieren, das Vorhandensein eines PSY-"Schlüssels" im Rezeptor-"Schloss" sie abhält.
Um die Art der Stressreaktionen zu testen, züchteten die Forscher Pflanzen unter extrem stressigen Bedingungen mit Hitze und Salz und infizierten sie mit Bakterien. Pflanzen, denen entweder PSY-Rezeptoren fehlten oder die ständig das PSY-Hormon erhielten, reagierten nicht angemessen auf Stress, was zu einer verringerten Überlebensrate führte. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass gestresste Pflanzen aufhören, PSY zu produzieren, dessen Fehlen Stressreaktionen verursacht.
Um dieses Phänomen zu erklären, schlugen die Forscher einen Mechanismus vor, bei dem geschädigte Zellen die Konzentration von PSY-Hormonen in den an die geschädigten Bereiche angrenzenden Zellschichten reduzieren. Dieser Mangel an PSY löst die Stressreaktion aus. Wichtig ist, dass dies erklären könnte, warum sogar beschädigte Pflanzen Nachrichten senden können.
Anstatt ihre begrenzten Ressourcen zu verwenden, um ein neues Signal zu erzeugen, kann die beschädigte Pflanzenzelle stattdessen die Freisetzung des PSY-Hormons stoppen und die Stressreaktion aktivieren. Ein solcher Mechanismus würde es ermöglichen, die Stressresistenz mit den damit verbundenen Energiekosten in Einklang zu bringen. Infolgedessen können Pflanzen selbst unter den stressigsten Umweltbedingungen noch wachsen, indem sie ihre begrenzten Ressourcen verwalten.
Die meisten der in Arabidopsis gefundenen Mechanismen finden sich auch in anderen Pflanzen. Daher sind diese Ergebnisse auf alle Kulturen anwendbar.