Wissenschaftler steuern die Poren der Pflanze mit Licht fern

9. Juli (UPI) – Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um die Spaltöffnungen einer Pflanze, die Poren, die es den Blättern ermöglichen, die Menge an CO2, die sie aufnehmen, und die Menge an Wasser, die ausfließen kann, aus der Ferne zu steuern.

Jede Hautpore wird von einem Paar schützender Zellen eingebaut. Wenn der Innendruck in den Schutzzellen abnimmt, entspannen sie sich und schließen die Pore. Mit steigendem Druck ziehen sich die Schutzzellen weg und vergrößern die Poren.

Die Signalwege innerhalb von Wachstumszellen sind komplex, was eine Intervention erschwert, aber die Autoren einer neuen Studie – veröffentlicht am Freitag in der Zeitschrift Science Advances – entwickelte eine Methode zur Manipulation der Spaltöffnungen mit Hilfe von Lichtimpulsen.

Zunächst installierten Forscher der Julius-Maximilians-Universität Würzburg in den Schutzzellen von Tabakpflanzen einen lichtempfindlichen Proteinschalter – eine Technologie aus dem Bereich der Optogenetik, die bisher in tierischen Zellen zum Einsatz kam.

Für den Schalter verwendeten die Wissenschaftler ein lichtempfindliches Protein der Algenart Guillardia theta.

Das Protein und sein Anionenkanal ACR1 härten bei Lichtimpulsen Chlorid aus den Schutzzellen aus und ebnen so den Weg für einen Kaliumabfluss.

Diese Ausatmung senkt den Druck in den Schutzzellen und schließt die Pore innerhalb von 15 Minuten.

„Der Lichtpuls ist wie eine Fernbedienung für die Bewegung der Spaltöffnungen“, sagte 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 Hautregulation.

In Zukunft könnten Botaniker und Pflanzenwissenschaftler möglicherweise Pflanzensorten mit mehr Anionenkanälen in ihren Schutzzellen entwickeln. Dadurch können sie ihre Poren effektiver öffnen und schließen, um sich vor Hitzewellen und anhaltender Dürre zu schützen.

„Bei Stress werden pflanzliche Anionenkanäle aktiviert, dieser Prozess ist kalziumabhängig“, sagt Hedrich. „In einem anschließenden Optogenetik-Projekt wollen wir Kalzium-leitende Kanalrhodopsine nutzen, um Kalzium gezielt durch Lichteinwirkung in die Schutzzellen 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 Kohlendioxidbindung und Stomatabewegungen zusammenhängen“, sagte er.

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