Oktober 17, 2021

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Wissenschaftler steuern Pflanzenporen mit Licht fern

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9. Juli (UPI) – Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um die Spaltöffnungen einer Pflanze fernzusteuern, die Poren, die es den Blättern ermöglichen, zu regulieren, wie viel CO2 sie aufnehmen und wie viel Wasser transpirieren darf.

Jede Stomatapore ist von einem Paar Schließzellen umgeben. Wenn der Innendruck in den Schließzellen sinkt, entspannen sie sich und schließen die Pore. Mit steigendem Druck ziehen sich die Schließzellen zurück und vergrößern die Pore.

Die Signalwege in den Schließzellen sind komplex, was das Eingreifen erschwert, aber die Autoren einer neuen Studie – veröffentlicht am Freitag in der Zeitschrift Science Advances – haben eine Möglichkeit entwickelt, die Spaltöffnungen mit Lichtimpulsen zu manipulieren.

Forscher der Julius-Maximilians-Universität Würzburg installierten zunächst einen lichtempfindlichen Proteinschalter in den Schließzellen von Tabakpflanzen – eine Technologie aus dem Bereich der Optogenetik, die bereits in tierischen Zellen eingesetzt wird.

Für den Schalter verwendeten die Wissenschaftler ein lichtempfindliches Protein aus Algenarten Guillardia theta.

Bei Lichtimpulsen fangen das Protein und sein Anionenkanal ACR1 Chlorid aus den Schließzellen ab und ebnen so den Weg für die Kaliumfreisetzung.

Durch diesen Exodus sinkt der Druck in den Schließzellen und die Pore schließt sich innerhalb von 15 Minuten.

„Der Lichtpuls ist wie eine Fernbedienung für die Bewegung der Spaltöffnungen“, sagt der leitende Forscher Rainer Hedrich, Professor für Biophysik an der JMU, in einer Pressemitteilung.

Neueste Erkenntnisse belegen laut Hedrich den Zusammenhang zwischen Anionenkanälen und der stomatalen Regulation.

Botaniker und Agronomen können in Zukunft möglicherweise Pflanzensorten mit mehr Anionenkanälen in ihren Schließzellen entwerfen. Dies würde es ihnen ermöglichen, ihre Poren effektiver zu öffnen und zu schließen, um sich vor Hitzewellen und anhaltenden Dürren zu schützen.

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„Bei Stress werden die Anionenkanäle in Pflanzen aktiviert, dieser Prozess ist kalziumabhängig“, sagt Hedrich. „In einem anschließenden Optogenetik-Projekt wollen wir Kalzium-leitende Channelrhodopsine nutzen, um Kalzium gezielt durch Lichteinwirkung in Schließzellen fließen zu lassen und den Mechanismus der Anionenkanal-Aktivierung im Detail zu verstehen.“

Hedrich schlägt vor, dass ihre neue Fernbedienung verwendet werden kann, um eine Vielzahl neuer Pflanzenexperimente durchzuführen.

„Damit können wir neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie Pflanzen ihren Wasserverbrauch regulieren und wie Kohlendioxidaufnahme und Stomatabewegungen gekoppelt sind“, sagte er.

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