Bäumchenförmige Arbuskel in Wurzelzellen (Foto: uni-muenchen.de/Priya Pimprikar)

München (pte003/30.03.2016/06:10) –

Forscher der Universität München http://www.uni-muenchen.de haben einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, mit dem Pflanzen
die Intensität ihrer Symbiosen steuern können. Damit die
Nährstoffübergabe funktioniert, dringen Pilzhyphen in die Wurzelzellen
der Pflanzen ein und bilden dort bäumchenartige Strukturen. Diese
Arbuskeln entlassen dann wiederum Mineralstoffe in die Pflanzenzelle.

Arbuskeln als wichtiger Schlüssel

"Die Ausbildung dieser ,Alien-Strukturen‘ innerhalb der
Pflanzenzelle erfordert eine regulatorische und metabolische
Meisterleistung von der Pflanze", sagt die Münchner Biologin Caroline
Gutjahr. Wie stark der Pilz die Wurzeln besiedelt, hänge vom
physiologischen Zustand der Pflanze ab, unter anderem von ihrem
tatsächlichen Nährstoffbedarf. Bei guter Phosphatversorgung etwa wird
die Arbuskelbildung gehemmt.

"Es war aber bisher noch kein molekularer Mechanismus
bekannt, der das Ausmaß der Arbuskelbildung mit den physiologischen
Bedürfnissen der Pflanze verknüpfen könnte", ergänzt die Expertin. Um
den Mechanismus der Arbuskelbildung besser zu verstehen, wurde eine
Mutante der Pflanze Lotus japonicus untersucht, deren Arbuskelbildung
gestört ist.

"In dieser Pflanze entdeckten wir eine Mutation des
Gens RAM1, das für die Aktivierung von Genen und somit für die Umsetzung
genetischer Informationen in Boten-RNA verantwortlich ist, die
anschließend in Proteine übersetzt wird", erklärt Gutjahr. Die
resultierenden Proteine seien wichtig für die Ausführung der
Arbuskelbildung in der Pflanzenzelle. Die Entschlüsselung ihrer Funktion
wollen sich die Wissenschaftler in künftigen Projekten vornehmen.

CYCLOPS und DELLA aktivieren RAM1

Während der Arbuskelbildung wird RAM1 stark aktiviert,
daher sind die Mechanismen dieser Aktivierung interessant. Laut den
Fachleuten sind an der Aktivierung gleich zwei regulatorische Proteine
beteiligt: Zum einen ist es der Transkriptionsfaktor CYCLOPS, von dem
sie bereits wussten, dass er eine Schlüsselrolle bei der Regulation von
Wurzelsymbiosen spielt. Das andere Protein namens DELLA war bisher nur
aus anderen Zusammenhängen bekannt, und zwar als wichtiger Faktor in der
Signalkette des Pflanzenhormons Gibberellin, in der es für die
Regulation von Physiologie und Wachstum der Pflanze essenziell ist.

"Die beiden Proteine CYCLOPS und DELLA interagieren bei
der Aktivierung von RAM1 sogar direkt", ergänzt Prijya Pimprikar,
Doktorandin in Gutjahrs Team und Erstautorin der Studie. "Wir gehen
davon aus, dass wir mit dieser Interaktion erstmals eine zentrale
Schaltstelle gefunden haben, an der Informationen zur Symbiose und zur
Physiologie der Pflanze direkt zusammenlaufen, so dass die Pflanze die
Menge der Wurzelbesiedlung durch den Pilz an ihre physiologischen
Bedürfnissen zum Beispiel den Nährstoffbedarf anpassen kann", so
Gutjahr.