Mechanismen der Pflanzenalterung
Im Gegensatz zu Tieren, die Stress vermeiden können, haben Pflanzen Abwehrmechanismen gegen schädigende Umweltbedingungen und Pathogene wie auch gegen Faktoren entwickelt, die Wachstum und Überleben gefährden. Vermittelt wird dies oft über Nebenerzeugnisse des aeroben Stoffwechsels, so genannte reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Niedrige ROS-Konzentrationen vermitteln Stressreaktionen, höhere Konzentrationen hingegen können den programmierten Zelltod auslösen. ROS sind auch von entscheidender Bedeutung für verschiedenste Entwicklungsprozesse wie Wachstum der Wurzelhaare und Samenkeimung. Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts PlantAgeing sollten nun klären, wie ROS Seneszenz und Alterung bei Pflanzen steuern und den Forschungsstand zu genetischen Determinanten von Alterungsprozessen erweitern. Das Projekt war ein Kooperationsvorhaben zwischen Forschergruppen aus Bulgarien und Neuseeland. Biologische Alterung bei Pflanzen In Studien der letzten Jahre wurden Gene identifiziert, die die Seneszenz beschleunigen, sie aber auch verzögern und damit die Lebensdauer verlängern können. Noch ist allerdings sehr wenig darüber bekannt, wie diese Gene interagieren oder auf bestimmte Umwelt- und Entwicklungssignale reagieren. Zudem beeinflusst das Entwicklungsstadium einer Pflanze auch deren Fähigkeit, Resistenzen gegen Umweltstress zu entwickeln oder Seneszenz zu initiieren. Die Forscher von PlantAgeing arbeiteten mit Arabidopsis thaliana-Mutanten, deren Lebensdauer verlängert oder verkürzt wurde, wie auch mit Pflanzen, die extrem tolerant gegenüber abiotischem Stress sind. Abiotische Stressfaktoren sind vor allem extreme Temperaturen, hoher Salzgehalt, Wassermangel und Schadstoffe wie Herbizide. Das Team untersuchte in genomweiten Studien, u. a. in transkriptomischen und metabolomischen Analysen, Veränderungen der Genexpression und Metabolitenkonzentration in verschiedenen Entwicklungsstadien und unter Stressbedingungen. Weiterhin wurde die Reaktion ROS-responsiver Gene auf oxidativen Stress untersucht. „Die Arbeitshypothese lautete, dass sich bei transgenen Pflanzen die Seneszenz verzögert, wenn ein negativer Regulator des Alterns überexprimiert wird, und dass das Unterdrücken dieses Gens die Seneszenz beschleunigt“, erklärt Projektkoordinator Dr. Gechev. „Im Gegensatz dazu würde die Überexpression eines Gens, das Seneszenz positiv reguliert, das biologische Altern beschleunigen“, wie er hinzufügt. Neue molekulare Marker für die Lebensdauer von Pflanzen Molekularbiologische, proteomische und metabolomische Analysen lieferten wichtige Erkenntnisse zur Regulierung der Lebensdauer von Pflanzen durch seneszenzassoziierte Gene. Vergleiche zwischen dem Genmaterial von Pflanzen mit abiotischer Stresstoleranz und anderen stresstoleranten Pflanzen lieferten weitere wichtige Informationen zum Mechanismus von Stressreaktionen. Das Konsortium identifizierte Schlüsselgene, Metaboliten und Lipidklassen, die bei längeren Dunkelperioden bei der Blühpflanze Haberlea rhodopensis stark reguliert werden. Zudem sequenzierte man das Genom der UV-toleranten Pflanze Pachycladon chesemanii und charakterisierte deren physiologische und molekulare Reaktionen auf starke UV-Strahlung. Alterungsprozesse bei Pflanzen sind vor allem für die landwirtschaftliche Praxis interessant, da deren Manipulation die Toleranz von Nutzpflanzen gegenüber ungünstigen Bedingungen signifikant beeinflussen und den Ertrag verbessern kann. Das Projekt enthüllte neue Elemente des Signalwegs der ROS-Regulierung, mit denen Seneszenz bei Arabidopsis thaliana moduliert wird. Obwohl sich die konkreten Ergebnisse für die Landwirtschaft noch kaum vorhersagen lassen, sieht Dr. Gechev „den erweiterten Kenntnisstand zu Mechanismen, die Alterung und Seneszenz von Pflanzen steuern, als Beitrag für die künftige Züchtung stressresistenterer und länger haltbarer Nutzpflanzen- und Gemüsesorten.“
Schlüsselbegriffe
PlantAgeing, Pflanze, Alterung, Seneszenz, Stress, ROS
