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Forscher*innen der ÖAW zeigen am Brunnenlebermoos, wie Pflanzen verschiedene Lichtfarben für ihr Wachstum auswerten.
In Versuchen mit roten und blauen Lichtquellen wuchsen die Pflanzen unter Blau nach oben, unter Rot niedrig und bei beidem optimal ausgerichtet.
Dabei entdeckte das Team für zwei BBX-Gene eine bislang unbekannte Rolle in der Wachstumsregulation, die nun auch bei Nutzpflanzen geprüft werden soll.
Das Bild kennt jeder: Alle Sonnenblumen auf dem Feld drehen ihre Köpfe zur Sonne. Pflanzen brauchen Licht, um Photosynthese betreiben zu können. „Spannend ist die Frage: Wie interpretieren Pflanzen verschiedene Lichtsignale?“, sagt Johannes Rötzer, PhD am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. „Mich interessiert, wie Pflanzen auf molekularer und genetischer Ebene Licht für ein optimal orientiertes Wachstum nutzen.“
Johannes Rötzer, Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Einfacher Geselle
Pflanzen reagieren ununterbrochen auf ihre Umwelt. Ihre Wuchsform und Ausrichtung gibt vor, wie viel Sonnenlicht sie für die Photosynthese einfangen können. „Zunächst habe ich weißes Licht und Dunkelheit als Kontrolle verwendet“, so der Wissenschafter. „Weißes Licht ist ein Gemisch vieler Wellenlängen, somit war es nicht möglich zu unterscheiden, welche Lichtfarbe welchen Entwicklungsprozess in der Pflanze steuert.“ In seiner Versuchsreihe setzten Johannes Rötzer und seine Kolleg*innen daher monochromatische Lichtquellen ein. „Wir arbeiten mit dem Brunnenlebermoos, das genetisch relativ einfach ausgestattet und leicht im Labor zu kultivieren ist“, so der Biologe. „Diese Eigenschaften machen es zu einem idealen Modellorganismus.“
Die Pflanzen wurden in zwei Gruppen unterteilt. „Sie wachsen in Klimakammern unter exakt definierten Bedingungen: gleiche Temperatur, gleiche Feuchtigkeit, gleiche Lichtintensität“, so Johannes Rötzer. „Nur die Lichtfarbe wird verändert.“ Eine Gruppe wurde rotem, eine blauem Licht ausgesetzt. Ergebnis: Blaues Licht lässt die Pflanze nach oben wachsen, rotes Licht regt sie zu niedrigem Wuchs an. Treffen beide Lichtfarben wie bei natürlichem weißen Licht aufeinander, ist sie optimal ausgerichtet. Die Farben erfassen Pflanzen über Lichtrezeptoren. In ihrer Studie wurden die Forscher*innen auf eine weitere Genfamilie aufmerksam. „Wir entdeckten für zwei der sogenannten BBX-Gene eine bisher unbeschriebene Rolle in der Wachstumsregulation“, sagt Rötzer.
Weitere Versuche sind nötig, um die bisherigen Erkenntnisse bei Nutzpflanzen zu überprüfen. „Pflanzen bilden die Grundlage fast aller Ökosysteme und des menschlichen Lebens“, so Johannes Rötzer. „Unter sich verändernden Umweltbedingungen und vorherrschenden globalen Krisen ist eine solche zukunftsgewandte Forschung essenziell, um reagieren zu können – etwa durch die Entwicklung widerstandsfähigerer und anpassungsfähigerer Nutzpflanzen.“
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