Pflanzenwächterzellen zählen Umweltreize und optimieren die Öffnung von Spaltöffnungen

BerlinSchließzellen in Pflanzen sind spezialisierte Zellen, die der Pflanze bei der Regulation des Wasserhaushalts helfen. Sie steuern das Öffnen und Schließen der Stomata, winziger Poren auf der Blattoberfläche. Diese Regulierung ist entscheidend, um das richtige Gleichgewicht zwischen Wasserspeicherung und Aufnahme von Kohlendioxid zu gewährleisten, was beides für die Fotosynthese notwendig ist.

Wissenschaftler der Julius-Maximilians-Universität Würzburg haben neue Erkenntnisse über die Funktion von Schließzellen gewonnen. Diese Zellen verwenden Anionenkanäle vom Typ SLAC/SLAH, um auf Kalziumsignale zu reagieren. Diese Signale werden durch Umweltveränderungen aktiviert, die von verschiedenen bedeutenden Auslösern hervorgerufen werden.

• Wassermangel
• Verfügbarkeit von Licht
• Bodenversalzung
• Angriffe von Krankheitserregern

Zellen dieser Art verarbeiten Kalziumsignale, sogenannte Kalziumtransienten, die auf eine Alles-oder-Nichts-Weise die Öffnung und Schließung der Stomata steuern. Experimente mit verschiedenen Lichtpulsdauern zeigten, dass die Kalziumsignale konstant blieben, was auf ein fortschrittliches internes System hinweist, das diese Signale verstärkt. Wird der Eintritt von Kalzium blockiert, kann das System nicht mehr reagieren, was die entscheidende Bedeutung dieser Signale verdeutlicht.

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Wächterzellen können bis zu sechs Kalziumsignale erkennen, die es ihnen ermöglichen, ihre Aufgaben zu erfüllen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich Stomata immer mehr schließen, je mehr Signale sie empfangen, bis sie nach zwölf Signalen vollständig geschlossen sind. Diese Fähigkeit, Signale zu zählen, ist ein präziser Prozess, der Pflanzen hilft, das Gleichgewicht zu halten.

Wissenschaftler versuchen herauszufinden, wie diese Systeme funktionieren, stehen jedoch noch vor vielen Fragen. Sie möchten zum Beispiel wissen, welche Teile des Prozesses davon abhängen, wie oft etwas vorkommt, da dies möglicherweise das Verhalten von Pflanzen besser erklären könnte. Zudem könnte das Studium der Art und Weise, wie Schließzellen diese Signale registrieren, zu neuen Ansätzen für die Verbesserung der Landwirtschaft führen.

Die Untersuchung dieses Signalwegs kann zur Entwicklung von Nutzpflanzen beitragen, die besser mit Stresssituationen wie Dürre und salzhaltigen Böden umgehen können. Darüber hinaus könnte sie bei der genetischen Veränderung von Pflanzen helfen, um den Wasserverbrauch effizienter zu gestalten und einige der durch den Klimawandel verursachten Probleme zu lösen. Die Details, wie Calciumsignale in Schließzellen funktionieren, verdeutlichen die Komplexität des Pflanzenlebens und regen zu weiteren Forschungen in der Pflanzenbiologie an.