Auxin und Licht optimieren Blätter für Photosynthese

Viele Aspekte der Blattentwicklung werden von Licht gesteuert. Dies ist wichtig, um eine ausreichende Photosyntheseleistung und somit auch ausreichenden Ernteertrag zu gewährleisten. Die Bildung von Spaltöffnungen ist durch Licht reguliert und unsere neusten Ergebnisse zeigen, dass Auxin eine wichtige Rolle in diesem Prozess spielt. Wir erforschen außerdem weitere Aspekte der Blattanatomie, um neuartige Regulatoren der Blattentwicklung zu identifizieren.

Mit dem Klimawandel vor der Tür wird deutlich, wie wichtig die Züchtung neuer Pflanzensorten ist, die auch unter schwierigen Wachstumsbedingungen große Mengen an Biomasse erzeugen können. Licht stellt die primäre Energiequelle der Pflanzen dar und ist somit einer der wichtigsten Faktoren, der die Erntemenge beeinflusst. Licht reguliert nicht nur viele metabolische Abläufe in der Pflanze, sondern auch die Pflanzen- und insbesondere die Blattentwicklung. So fördert Licht die Bildung der Spaltöffnungen – der Poren in der Blattoberfläche, welche den für die Photosynthese wichtigen Gasaustausch ermöglichen. Licht kontrolliert des Weiteren die Differenzierung der Chloroplasten, die Blattäderung sowie die Teilung und Elongation der Zellen des Blattgrundgewebes. Eine gesunde Blattentwicklung ist ausschlaggebend für eine effiziente Photosynthese und beeinflusst damit letztendlich auch das Wachstum und den Ertrag der Pflanze.

Kürzlich konnten wir zeigen, dass das Pflanzenhormon Auxin ein neuartiger Regulator der lichtabhängingen Bildung von Spaltöffnungen im Modellorganismus Arabidopsis thaliana ist. Auxin unterdrückt die Differenzierung von Spaltöffnungen von Pflanzen, die im Dunkeln gewachsen sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pflanze wichtige Ressourcen nur dann in diesen Prozess investiert, wenn es für sie möglich ist, Photosynthese zu betreiben. Störungen von Auxinbiosynthese, -transport oder -signalvermittlung resultieren in abnormaler Bildung der Spaltöffnungen in Dunkelheit (Balcerowicz et al., 2014).

Ein weiteres Projekt im Rahmen von CEPLAS beschäftigt sich mit der Erforschung der Blattanatomie. In diesem Projekt untersuchen wir die natürliche genetische Variation verschiedener Arabidopsis thaliana Formen bezüglich ihrer blattanatomischen Eigenschaften. Dieses Projekt dient der Identifizierung von Genen, die für die Blattstruktur und die Blattentwicklung zuständig sind und damit letztendlich die Photosynthese beeinflussen. Das Wissen um diese Gene kann dabei helfen Pflanzen zu züchten, die unter den verschiedensten Umweltbedingungen hohe Erträge erbringen können.

Beitrag von Eva Willée und Martin Balcerowicz, Botanisches Institut, Biozentrum Köln

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Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Zugehörige Publikation

Balcerowicz M, Ranjan A, Rupprecht L, Fiene G, & Hoecker U (2014) Auxin represses stomatal development in dark-grown seedlings via Aux/IAA proteins. Development 141(16):3165-3176. [Abstract]

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich