Forschung: Gene bestimmen, wann Pflanzen blühen

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Gene steuern die innere Uhr von Pflanzen und bestimmen zum Beispiel den Blütezeitpunkt. Foto: Hans Braxmeier/Pixabay

Spezielle Gene sind dafür maßgeblich, wann bestimmte Pflanzen blühen. Auf welche Weise diese Gene die innere Uhr der Pflanzen steuern, sollten jetzt Untersuchungen zeigen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können für die Züchtung wichtig sein.

Innere Uhr der Pflanzen wird von zwei Genen kontrolliert

Wie Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in aktuellen Untersuchungen ermittelten, wird die innere Uhr der Pflanzen von zwei Genen – ELF3 und GI – kontrolliert. Sie überwachen die Dauer des Tageslichts und bestimmen daher unter anderem den Blütezeitpunkt. Pflanzen können beispielsweise den Wechsel von Tag und Nacht vorhersehen und sich darauf einstellen. Hierzu zählt unter anderem die Fähigkeit der Pflanzen, die Blütenbildung zum richtigen, für sie optimalen Zeitpunkt zu beginnen.

„Pflanzen orientieren sich dafür am Verhältnis von Sonnen- und Nachstunden: Einige Pflanzen blühen nur, wenn die Tage besonders lang sind. Andere dagegen nur, wenn die Nächte eine gewisse Dauer überschreiten“, erklärt Dr. Usman Anwer, Pflanzenwissenschaftler am Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften der MLU. Dass der Biorhythmus der Pflanzen perfekt an den Tag-Nacht-Zyklus angepasst ist, liegt nicht nur an äußeren Einflüssen, sondern auch an der sogenannten zirkadianen Uhr – ein komplexes Netzwerk aus Genen und Proteinen, mit dem Pflanzen verschiedene Prozesse zeitlich steuern können.

Funktionsweise von ELF3 und GI an Modellpflanzen untersucht

Um zu verstehen, welche Gene die innere Uhr der Pflanze steuern und so die Blüte beeinflussen können, untersuchten die Forscher der MLU zwei Gene, von denen bereits bekannt war, dass sie entscheidend für die zirkadiane Uhr sind: ELF3 und GI. „Bisher wurden die beiden Gene immer nur einzeln betrachtet. Unser Ziel war zu verstehen, wie die beiden Gene zusammenarbeiten und wie sie gemeinsam auf die zirkadiane Uhr einwirken und so beispielsweise regulieren, wann eine Pflanze blüht“, so Anwer.

Wie der Pflanzenwissenschaftler erläutert, wurde die Funktionsweise von ELF3 und GI an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) untersucht. Hierfür verwendeten die Forscher spezielle Versuchspflanzen, die verschiedene genetische Defekte hatten: In einer Gruppe war das ELF3-Gen defekt, in der zweiten das GI-Gen und in der dritten Gruppe waren beide Gene ausgeschaltet.

Pflanzen mit doppeltem Gendefekt bilden keine Blüten

Anschließend wurde beobachtet, wie diese Pflanzen auf unterschiedliche Lichtdauer reagierten. Dabei zeigte sich, dass der Vorgang in Bezug auf die Lichtdauer noch ansatzweise funktionierte, sofern nur eines der beiden Gene defekt war. Wurden beide Gene ausgeschaltet, reagierten die betreffenden Pflanzen gar nicht mehr. Sie konnten die Länge der Lichtdauer nicht erkennen und bildeten keine Blüten mehr. „Die Pflanzen konnten das Licht zwar noch wahrnehmen. Allerdings konnten sie nicht mehr die Länge der Lichtdauer erkennen. Deshalb bildeten die Mutanten mit dem doppelten Gendefekt zum Beispiel keine Blüten mehr“, so Anwer.

In einem Folgeprojekt wollen die Forscher nun klären, welche Rolle die Temperatur beim Blühen von Pflanzen spielt und ob Wärme die fehlenden Lichtinformationen ausgleichen kann.

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