Den Wachstumsmechanismen von Sekundärwurzeln auf der Spur

Pflanzenwurzeln wachsen kontinuierlich und verzweigen sich unter der Bodenoberfläche auf der Suche nach Wasser und Nährstoffen. Unbekannt waren bislang jedoch die zugrunde liegenden Wachstumsmechanismen der Sekundärwurzeln [1]. Ein Forscherteam des CNRS-Labors für Biochemie und molekulare Pflanzenphysiologie in Montpellier, in Zusammenarbeit mit der Universität Nottingham (England) sowie dem Helmholtz Zentrum München (HZM), hat nun herausgefunden, wie ein bestimmtes Pflanzenhormon und Proteine, die die Wasseraufnahme regulieren, die Entstehung von Sekundärwurzeln steuern [2].

 

Für diesen Prozess sind zwei Schüsselelemente verantwortlich: Aquaporine und Auxine.

Als Aquaporine bezeichnet man eine Gruppe von Transmembranproteinen, die in der Lage sind, den Transport von Wasser durch Zellmembranen zu katalysieren und sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren vorkommen. Bei Pflanzen bestimmen sie die Wasseraufnahmekapazität der Wurzeln. Bislang war ihre Rolle beim Wurzelwachstum und ihrer Verzweigung unbekannt.

Auxin ist ein Pflanzenhormon, welches das Wachstum der Pflanze und der Wurzeln reguliert.

Die Forscher haben nun herausgefunden, dass das Auxin auch die Wirkung der Aquaporine selbst reguliert.

 

Bildet sich eine neue Verzweigung, so entsprießt die Sekundärwurzel den tiefen Zellschichten der Hauptwurzel. Um sich von dort einen Weg ins Erdreich zu bahnen, muss die Sekundärwurzel die äußeren Zellen der Hauptwurzel durchstoßen. Die Forscher konnten nachweisen, dass die Pflanze durch die Auxine und Aquaporine den Wassertransport durch die unterschiedlichen Gewebe sehr genau steuern kann: In den Verzweigungsregionen konzentriert sich das Wasser in den wachsenden Sekundärwurzeln, wodurch deren Zellen anschwellen und automatisch die sie überdeckenden äußeren Zellen der Hauptwurzel verdrängen.

 

Die Forscher nutzten für ihre Arbeit die Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Sie untersuchten insbesondere Pflanzenmutanten, die gegenüber Auxinen unempfindlich sind oder nichtfunktionale Aquaporine aufweisen. Sie ermittelten außerdem einen sogenannten Transkriptionsfaktor – ein Molekül, durch welches das Auxin auf die Aquaporine wirkt – und untersuchten die Expression der Aquaporine in den Haupt- und Sekundärwurzeln. Anhand der Ergebnisse dieser Experimente wurde ein mathematisches Modell zur Darstellung des Wasserdurchflusses und der Durchlässigkeit der unterschiedlichen Wurzelgewebe erstellt.

 

 

[1] Sekundärwurzeln gehen von der Hauptwurzel ab

[2] Dieses Ergebnis wurde in der Fachzeitschrift „Nature Cell Biology“ veröffentlicht: http://www.nature.com/ncb/journal/vaop/ncurrent/full/ncb2573.html

 

Kontakt: Christophe Maurel, Forscher am CNRS-Labor für Biochemie und molekulare Pflanzenphysiologie – Tel: +33 (0)4 99 61 20 11 / +33 (0)6 31 45 75 62 –

Email: christophe.maurel@supagro.inra.fr – http://www1.montpellier.inra.fr/ibip/bpmp/english/index.htm

 

Quelle: Pressemitteilung des französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) – 12.09.2012 – http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2773.htm

 

Redakteur: Lucas Ansart, lucas.ansart@diplomatie.gouv.fr