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Pflanzenwurzeln in der Dunkelheit sehen Licht

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Licht ist nicht nur eine Energiequelle, aber auch ein wichtiges Signal, das viele lichtabhängigen Wachstumsprozesse in einer Anlage reguliert, um sie seiner Umwelt auf die bestmögliche Art anzupassen.

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Licht wird zuerst durch Fotorezeptoren im Trieb einer Anlage ermittelt. Physiologische Prozesse in der Anlage werden durch helle signalisierende Moleküle vermittelt. Für mehr als drei Jahrzehnte haben Wissenschaftler spekuliert, ob Wurzeln auch in der Lage sind, Licht zu empfinden. Jedoch konnte diese Hypothese nie bis diese neue Studie nachgewiesen werden wurde veröffentlicht. „Physiker von Korea und Biologen von Jena teamed und kombinierten Wissen von beiden Disziplinen, um herauszufinden, ob Betriebsgefäßbündel als helle Glasfasern auftreten und Licht vom Trieb den Wurzeln übermitteln konnten,“ sangen-Gyu Kim, einen der ersten Autoren der Studie und Mitinitiator des Projektes, beschreibt die erfolgreiche Zusammenarbeit.

Vorhergehende Studien hatten gezeigt, dass ein spezieller Fotorezeptor in den Anlagen, der Licht der roten/weit-roten Wellenlänge ermittelt, überraschend auch in den Wurzeln ausgedrückt wird. Jedoch blieb er unklar, wie dieser Wurzelfotorezeptor aktiviert war. In einer interdisziplinären Bemühung entwickelten Molekularbiologen und optische Physiker einen sehr empfindlichen Photosensor zusammen mit der Idee, Anlagen mit „den blinden“ und „anvisierten“ Wurzeln zu vergleichen. Sie benutzten Anlagen des thale Kresse Arabidopsis-thaliana, ein vorbildlicher Organismus in der Betriebsforschung, die genetisch auf eine Art geändert wurden, dass der Fotorezeptor nur in ihren Wurzeln zum Schweigen gebracht wurde, aber nicht in ihren Trieb. Folglich hatten diese Anlagen „blinde“ Wurzeln. Die Wissenschaftler wuchsen diese geänderten Anlagen zusammen mit Steueranlagen; ihre Wurzeln waren im dunklen Boden und ihre Trieb, die Licht ausgesetzt werden, mögen gerade in der Natur. Das Photosensorsystem wurde benutzt, um Licht zu messen, das im Stamm unten den Wurzeln übermittelt wurde. „Mit dieser Annäherung, könnten wir Mehrdeutigkeit offenbar und ohne darstellen, dass Licht in die Wurzeln über Gefäßbündel übertragen wird. Selbst wenn die Intensität des Durchlichts niedrig war, war es genügend, die Fotorezeptoren, Triggerabwärts gerichtetes helles Signalisieren zu aktivieren, und Einflusswachstum in den Steueranlagen,“ Chung-Mo Park, der Führer des Projektes an der Seoul-Staatsangehörig-Universität, erklärt.

„Diese Ergebnisse sind für weitere Forschungsprojekte entscheidend. Unsere Arbeit prüft, dass Wurzeln in der Lage sind, Licht zu empfinden, obwohl sie normalerweise Untertage gefunden werden. Photoreception in den Wurzeln löst eine signalisierende Kette, die Pflanzenwachstum beeinflußt, besonders die Wurzelarchitektur,“ sagt Ian Baldwin, Führer der Studie bei Max Planck Institute für chemische Ökologie in Jena aus. Er untersucht bereits die Zukunft: „Es gibt mehr Fotorezeptoren in den Wurzeln. Bis jetzt ist es in großem Maße unbekannt geblieben, was ihre Verantwortung in den Wurzeln ist und wie sie auf Lichtsignale einwirken, die werden übertragen von den Trieb.“