Hitzestress bei Pflanzen: Intrazelluläre Signale durch fingerartige Ausstülpungen
Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Pflanzenzellen auf Umweltstress reagieren. Bei Belastungen durch Hitze, Trockenheit oder salzhaltige Böden verändern Chloroplasten, die Energiezentren der Zellen, ihre Struktur und bilden kleine fingerähnliche Ausstülpungen. Über diese sogenannten „Stromuli“ senden sie Signale innerhalb der Zelle, die Schutzmechanismen aktivieren und so Zellschäden begrenzen.
Rolle der Chloroplasten in Pflanzenzellen
Chloroplasten fungieren als zentrale Energieproduzenten in Pflanzenzellen. Sie wandeln Sonnenlicht in chemische Energie um, indem sie Kohlendioxid in Zucker umsetzen, der als Energiequelle für Wachstum und Überleben dient. Ohne diese Organellen wäre die Energieversorgung der Pflanzen nicht gewährleistet, was auch Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem hätte, da weniger Sauerstoff produziert würde.
Stressbedingte Veränderungen und Schutzmechanismen
Unter Stressbedingungen wie Wassermangel, hohen Temperaturen oder salzhaltigen Böden gerät das empfindliche Energiesystem der Chloroplasten aus dem Gleichgewicht. Dabei entstehen reaktive Stoffe, die Zellbestandteile schädigen können. Um dies zu verhindern, reagieren Pflanzen schnell, indem sie Schutzprogramme aktivieren.
In solchen Situationen bilden Chloroplasten die beobachteten fingerartigen Ausstülpungen, die als Signalgeber fungieren. Diese Signale erreichen die zelluläre Steuerungsebene, wo gezielt Gene reguliert werden, um Schutzmechanismen zu initiieren. Professor Peter Nick vom Botanischen Institut des KIT erläutert: „Diese Signale führen dazu, dass Schutzprogramme aktiviert werden, die beschädigte Zellbereiche stabilisieren.“
Historische Einordnung und neue Erkenntnisse
Die sogenannten Stromuli wurden bereits vor über 130 Jahren vom Pflanzenphysiologen Gottlieb Haberlandt beschrieben, gerieten jedoch lange Zeit in Vergessenheit. Erst in den 1990er-Jahren wurden sie von US-amerikanischen Forschenden erneut untersucht. Während früher angenommen wurde, dass Stromuli hauptsächlich der Verbindung verschiedener Chloroplasten dienen, zeigen die aktuellen Ergebnisse, dass ihre primäre Funktion in der Informationsweitergabe innerhalb der Zelle liegt.
Potenzial für die Landwirtschaft unter Klimadruck
Angesichts der zunehmenden klimatischen Herausforderungen gewinnt das Verständnis dieser Signalwege an Bedeutung. Die Forschenden identifizierten molekulare Faktoren, die die Bildung der fingerartigen Ausstülpungen fördern und deren Effizienz steigern können. Dies eröffnet Perspektiven, um Nutzpflanzen gezielt widerstandsfähiger gegen Hitze, Trockenheit und salzhaltige Böden zu machen.
Langfristig könnten Eigenschaften widerstandsfähiger Wildpflanzen auf Nutzpflanzen übertragen werden, um deren Anpassungsfähigkeit an klimatische Stressfaktoren zu verbessern.
Kontakt für Rückfragen
- Dr. Felix Mescoli, Pressereferent
- Telefon: +49 721 608-41171
- E-Mail: felix.mescoli@kit.edu
Über das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Das KIT entwickelt im Dialog mit der Gesellschaft Lösungen für globale Herausforderungen wie Klimawandel, Energiewende und nachhaltige Ressourcennutzung. Als Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft vereint es exzellente Forschung vom Grundlagenwissen bis zur Anwendung und bietet seinen Mitarbeitenden und Studierenden vielfältige Möglichkeiten, eine nachhaltige Zukunft zu gestalten.
Originalpublikation
Toranj Rahpeyma, Javier García Varo, Fabio Mühlberg, Peter Nick: Fingers for Signaling? A Possible Role of Stromules in Intracellular Communication. Plant Physiology, 2026.
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiag373/8708836
DOI: 10.1093/plphys/kiag373
