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Die Wurzeln unserer Ernährung

Tübinger Max-Planck-Forscher erklären, wie die Wurzelbildung in Pflanzen gesteuert wird


Tübingen, 26. Januar 2010. Die Wurzeln sind die am meisten unterschätzten Teile einer Pflanze, obwohl sie über die Wasser- und Nährstoffaufnahme das Wachstum und die spätere Blüte überhaupt erst ermöglichen. In einer Welt, in der sich einerseits die Verfügbarkeit von Wasser im Zuge des Klimawandels ständig ändert und andererseits die menschliche Bevölkerung rasant zunimmt, ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie die Wurzelentwicklung bei Pflanzen gesteuert wird. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben nun herausgefunden, dass das Pflanzenhormon Auxin in Kombination mit einer erhöhten Zellzyklusaktivität zu einem verstärkten Wurzelwachstum bei der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) führt. Zudem haben sie entdeckt, dass zwei Proteine, die die Embryoentwicklung steuern, ebenfalls eine Rolle bei der Verzweigung der Wurzeln spielen. Diese Ergebnisse könnten genutzt werden, um  Pflanzen zu züchten, die trotz Nährstoff- und Wasserarmut schnell wachsen und hohe Erträge liefern. (PNAS, 25. – 29. Januar 2010)  

Erhöhtes Wachstum von Wurzelästen nach Behandlung mit dem Pflanzenhormon Auxin. Foto: Ive De SmetBereits vor etwa zweihundert Jahren prophezeite der britische Ökonom Thomas Robert Malthus, dass eine kontinuierlich wachsende Weltbevölkerung früher oder später mit Hungersnöten, Krankheiten und einer erhöhten Todesrate konfrontiert werden wird. Heute stehen wir vor der Herausforderung, ausreichend Nahrung für eine ständig wachsende Weltbevölkerung bereitzustellen. Dies wird eine Erhöhung der Nahrungsmittelproduktion erfordern, welche die der letzten Jahrzehnte übersteigt. Um das zu erreichen, benötigen wir eine neue grüne Revolution: Pflanzen, die auf nährstoffarmen und trockenen Böden wachsen und dennoch hohe Erträge liefern.  

Bei Pflanzen denkt man normalerweise zunächst an Blätter, bunte Blüten und mehr oder weniger schmackhafte Früchte, jedoch nur selten an die unter der Erde verstecken Wurzeln. Der das Leben oberhalb des Erdbodens überhaupt erst ermöglichende Pflanzenteil, das Wurzelsystem, besteht aus einer Hauptwurzel, von der viele Seitenwurzeln „abzweigen“. Ohne Wurzeln könnten die meisten Pflanzen weder Wasser noch Nährstoffe aufnehmen noch sich im Boden verankern oder mit bestimten symbiotischen Organismen interagieren.  

Auf frühere Beobachtungen aufbauend, beschrieben Wissenschaftler aus der Abteilung von Gerd Jürgens am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie zusammen mit Kollegen aus Belgien, dass die Kombination aus einer erhöhten Zellzyklusaktivität und dem Pflanzenhormon Auxin, die Ausbildung von Seitenwurzeln bei der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana fördert. Des Weiteren haben sie nachgewiesen, dass zwei Proteine, welche ausschlaggebend für die Embryoentwicklung sind, ebenfalls eine Rolle bei der „Verzweigung“ der Wurzeln spielen. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass die Reaktion auf das Pflanzenhormon Auxin in einzelnen, aufeinanderfolgenden Schritten stattfindet.  

„Dieses Wissen über ein verbessertes und verstärktes Wurzelsystem ist ein wichtiger Schritt, um die Ernährung der Weltbevölkerung zu sichern. Es hilft die Ernte zu steigern und stärkt die Rolle der Pflanze als Energielieferant“, sagt Ive De Smet. „Da Wasser, Stickstoff und Phosphor oft nur begrenzt vorhanden sind, ermöglicht ein Wurzelsystem, das Nährstoffe effektiver aufnehmen und speichern kann, einen reduzierten Düngemitteleinsatz auf minderwertigen Böden“, fügt der Biologe hinzu.  

Originalveröffentlichung
Ive De Smet, Steffen Lau, Ute Voß, Steffen Vanneste, René Benjamins, Eike H. Rademacher, Alexandra Schlereth, Bert De Rybel, Valya Vassileva, Wim Grunewald, Mirande Naudts, Mitchell P. Levesque, Jasmin S. Ehrismann, Dirk Inzé, Christian Luschnig, Philip N. Benfey, Dolf Weijers, Marc C. E. Van Montagu, Malcolm J. Bennett, Gerd Jürgens, Tom Beeckmann: Bimodular auxin response controls organogenesis in Arabidopsis. PNAS Early Edition, January 25 – 29, 2010, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0915001107  

Ansprechpartner
Dr. Ive De Smet
Tel: 07071 601-1301
E-Mail: ive.desmet(at)tuebingen.mpg.de  

Dr. Susanne Diederich (Presse und Öffentlichkeitsarbeit)
Tel: +49 7071 601-333
E-Mail: presse(at)tuebingen.mpg.de    

Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 80 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.


Erhöhtes Wachstum von Wurzelästen nach Behandlung mit dem Pflanzenhormon Auxin. Foto: Ive De Smet

Erhöhtes Wachstum von Wurzelästen nach Behandlung mit dem Pflanzenhormon Auxin. Foto: Ive De Smet

Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) mit Wurzeln. Foto: Ive De Smet

Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) mit Wurzeln. Foto: Ive De Smet