Forschende der Universitäten Bayreuth und Düsseldorf haben einen bisher unbekannten Mechanismus in der Licht- und Wärmewahrnehmung von Pflanzen entdeckt. Diese Entdeckung hilft, pflanzliche Prozesse besser zu verstehen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „The Plant Cell” veröffentlicht.

Pflanzen müssen sich ständig an wechselnde Umweltbedingungen anpassen, wie veränderte Temperaturen und Lichtverhältnisse. Dies geschieht auf molekularer Ebene, unter anderem durch Phytochrome, die auf Licht und Wärme reagieren. Phytochrome wechseln ihren Zustand abhängig von Licht und Temperatur. Im Dunkeln sind sie inaktiv, durch Rotlicht werden sie aktiv. Dieser Prozess kann umgekehrt werden, zum Beispiel durch fernrotes Licht oder Temperaturveränderungen. Phytochrome dienen also gleichzeitig als Licht- und Wärmesensoren.

Bei der Untersuchung von Phytochrom B der Modellpflanze Arabidopsis thaliana wurde eine starke Temperaturabhängigkeit festgestellt. Der Übergang des aktiven Phytochroms in den inaktiven Zustand beschleunigt sich bei Temperaturen zwischen 4°C und 27°C um das Zehnfache. Bisher war jedoch unklar, wie die Verbindung zwischen Phytochrom B und bestimmten Proteinen, den PIFs, zur Wahrnehmung von Wärme beiträgt.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Andreas Möglich an der Universität Bayreuth, zusammen mit Kolleg*innen aus Düsseldorf, untersuchte die Bildung und Auflösung von Komplexen aus Phytochrom B und PIFs bei verschiedenen Licht- und Temperaturbedingungen. Sie stellten fest, dass sich die Auflösung der Komplexe zwischen 15°C und 30°C stark beschleunigte, nicht jedoch ihre Bildung. Außerdem entdeckten sie, dass unter starkem Rotlicht die Bildung dieser Komplexe abnahm – ein unerwarteter Effekt. Der Grund dafür ist die schnelle Umwandlung zwischen den Zuständen des Phytochroms unter intensiver Beleuchtung.

Chengwei Yi, Erstautor der Studie, erklärte: „Pflanzliche Phytochrome können über einen bisher unbekannten Mechanismus Licht- und Temperaturreize in physiologische Reaktionen umwandeln.“ Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten in der Biotechnologie, etwa bei der Steuerung der Genaktivierung zur Proteinproduktion.

Die Forschung wurde durch den FET Open NEUROPA Grant und das Elite Netzwerk Bayern unterstützt.