Pflanzen haben ein Hitzestressgedächtnis entwickelt

Wie eine Pflanze wächst, hängt einerseits von ihrem genetischen Bauplan ab, zum anderen aber davon, wie die Umwelt molekulare und physiologische Prozesse beeinflusst. Von besonderer Bedeutung sind dabei die sogenannten Meristeme, jene teilungsfähigen Gewebe, in denen die pflanzlichen Stammzellen enthalten sind. Das Sprossscheitelmeristem ist entscheidend für das Wachstum der überirdischen Organe. Forscher um Prof. Dr. Bernd Müller-Röber am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und an der Universität Potsdam haben untersucht, wie das Sprossscheitelmeristem auf Hitzestress reagiert und fanden heraus, dass es ein Stressgedächtnis entwickelt. Es kann auf nachfolgenden Stress zu reagieren und tödliche Stressereignisse überleben. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Zeitschrift "Molecular Plant".

Ein Stressgedächtnis für Hitze zu besitzen, ist eine wichtige Anpassung an schwankende Umweltbedingungen. Einem warmen Tag folgen sehr wahrscheinlich weitere warme oder heiße Tage. Das Sprossscheitelmeristem mit seinen Stammzellen generiert ein eigenständiges, starkes Hitzestressgedächtnis auf Transkriptionsebene, unabhängig von anderen benachbarten Zellen. "Das Meristem ist aufgrund seiner Funktion ein besonders wichtiges Gewebe, das funktionsfähig bleiben muss, damit pflanzliches Wachstum erhalten bleiben kann. Wir konnten nun zeigen, dass Gene des Kohlenhydratstoffwechsels, der Proteinfaltung und der Meristemerhaltung als wichtige Komponenten der Hitzestresserinnerung im Sprossscheitel dienen", fasst Müller-Röber zusammen.

Das Meristem selbst besitzt keine Chloroplasten, in denen die Photosynthese und somit die Zuckerproduktion stattfinden. Demnach ist es auf die Zuckerzufuhr der umliegenden Blätter angewiesen. In den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Zuckerverfügbarkeit ein wichtiger Faktor für das Temperaturgedächtnis des Meristems ist.

In einer umfassenden Genexpressionanalyse konnten die Forschenden verantwortliche Gene des Hitzestressgedächtnisses identifizieren. Diese kodieren für eine Aldolase (FBA6), ein Enzym des Kohlenhydratstoffwechsels, welches somit für die Energiezufuhr verantwortlich ist, für ein Hitzeschockprotein (HSP17.6A), welches andere Proteine vor der Zerstörung unter Hitze schützt und zwei Stammzellregulatoren (CLAVATA 1 und 3).

Dass Pflanzen durch einen ersten milden Stress ein Erinnerungsvermögen aufbauen, ist aus ökologischer Sicht besonders wichtig. Ein späterer starker Stress, der sogar zum Tode führen könnte, kann somit abgemildert werden. Vor allem ein Schutz des Meristems ist wichtig, damit die Pflanze im Nachhinein weiterwachsen und neue Blätter ausbilden kann, vor allem wenn abgestorbene Organe ersetzt werden müssen. Die Erneuerungsfähigkeit der Stammzellen macht dies möglich. Die Fähigkeit einer Pflanze, ein Gedächtnis zu bilden und sich so an kommende Stressbedingungen anzupassen, sei von großem Interesse, um in Zukunft klimaresistentere Pflanzen kzüchten zu können. cm/PI-MP