Charakterisierung von Schwerkraftsensoren in Pflanzen



Auf dem Parabelflug werden Sensormechanismen untersucht, mit denen Pflanzen die optimale Ausrichtung ihrer Organe (etwa Spross, Wurzel, Äste) kontrollieren und eine unerwünschte Lageveränderung wahrnehmen und korrigieren (Gravitropismus, Gravimorphose). Diese überlebenswichtigen zellulären Mechanismen bedienen sich des einzig konstanten Umweltparameters, der Schwerkraft. Nach Lageveränderung von Pflanzenorganen, wenn beispielsweise durch Sturm Getreidehalme niedergedrückt wurden, verlagern sich kleine Partikel (Statolithen) in speziellen schwerkraftwahrnehmenden Zellen in Richtung der Schwerkraft.

Membranständige Sensormoleküle (Rezeptoren) in speziellen Zellen nehmen diese Verlagerung wahr. Sie werden durch die Statolithenverlagerung aktiviert und setzen eine Kette von Reaktionen in Gang, die über eine lokale Änderung des Streckenwachstums bestimmter Zellen zur Korrektur der Ausrichtung führt; der Getreidehalm richtet sich wieder auf und die Frucht verfault nicht auf der feuchten Erde. Die eigentlichen Schwerkraft-Rezeptormoleküle der Pflanzen sind zwar noch unbekannt, doch wie sie funktionieren, beziehungsweise wie sie aktiviert werden, lässt sich mit Parabelflugexperimenten gut untersuchen.

Das Beschleunigungsprofil des Parabelflugs bietet die bestmöglichen Bedingungen für Untersuchungen, die zeigen werden, ob es sich bei dem Schwerkraftrezeptor um eine Art von Druckschalter (Mechanorezeptor) handelt, der durch das Gewicht der Statolithen oder durch Statolithen-vermittelten Zug aktiviert wird, oder ob ein Kontakt mit den Statolithen über molekulare, physiologische oder elektrische Wechselwirkungen den Rezeptor aktiviert (Kontaktrezeptor).

Das Experiment wird darlegen, ob Statolithen, die während der kurzen Mikrogravitationsphasen von jeweils 22 Sekunden schwerelos sind, aber stets in Kontakt mit dem Rezeptor bleiben, die Schwerkraftrezeptoren weiterhin aktivieren oder nicht. Fallen die Krümmungsreaktionen bei Flugproben deutlich geringer aus als bei Kontrollproben, deren Rezeptoren ständig mit Statolithen belegt sind und keine Mikrogravitationsphasen erfahren, so deutet dies auf druckaktivierte Mechanorezeptoren hin. Sehr ähnliche Krümmungsreaktionen sprechen dagegen für vom Gewicht der Statolithen unabhängig aktivierte Kontaktrezeptoren.


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Priv. -Doz. Dr. Markus Braun
Universität Bonn

Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO)
, AG Gravitationsbiologie
Tel: +49 228 73-2686

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E-Mail: mbraun@uni-bonn.de
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