Pflanzen nutzen Zucker, der durch Photosynthese produziert wird, als wichtiges Signal, um Hitze während des Tages zu erkennen und darauf zu reagieren. Diese Erkenntnis könnte zu widerstandsfähigeren Nutzpflanzen führen.
Eine aktuelle Studie unter der Leitung von Professor Meng Chen von der University of California, Riverside, hat einen neuen Mechanismus in Pflanzen zur Wahrnehmung von Hitze während des Tageslichts aufgedeckt. Diese Entdeckung stellt frühere Annahmen in Frage, die sich hauptsächlich auf Sensoren in der Nacht konzentrierten. Die Forschung unterstreicht die entscheidende Rolle von Zucker in diesem Prozess und bietet ein umfassenderes Bild, wie Pflanzen sich an ihre Umgebung anpassen.
Wissenschaftler gingen traditionell davon aus, dass Proteine wie Phytochrome B und Early Flowering 3 (ELF3) die wichtigsten Hitzesensoren sind, die hauptsächlich nachts aktiv sind. Diese Modelle erklärten jedoch nicht, wie Pflanzen tagsüber auf Hitze reagieren, wenn sowohl Licht als auch Temperatur hoch sind. Um dies zu untersuchen, verwendete das Team Arabidopsis, eine kleine Blütenpflanze, die häufig in genetischen Studien eingesetzt wird. Sie setzten die Pflanzen unterschiedlichen Temperaturen und Lichtverhältnissen aus und beobachteten, wie sich ihre Stängel, sogenannte Hypokotyle, als Reaktion auf Wärme entwickelten.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Fähigkeit von Phytochrome B, Hitze zu erkennen, bei hellem Licht abnahm. Trotzdem reagierten die Pflanzen weiterhin auf Hitze, was auf andere Sensoren hindeutete. Weitere Tests zeigten, dass Pflanzen auf Wärme im Licht, aber nicht im Dunkeln reagieren konnten, wenn Phytochrome B nicht funktionierte. Die Zugabe von Zucker zum Wachstumsmedium stellte diese Reaktion wieder her, was darauf hindeutet, dass Zucker als Signal für höhere Temperaturen wirkt.
Die Studie ergab auch, dass höhere Temperaturen dazu führen, dass Stärke in den Blättern abgebaut und Saccharose freigesetzt wird. Dieser Zucker stabilisiert ein Protein namens PIF4, das das Wachstum kontrolliert. Ohne Saccharose baute sich PIF4 schnell ab; mit ihr akkumulierte sich das Protein und wurde aktiv, wenn ein weiterer Sensor, ELF3, ebenfalls auf die Hitze reagierte. Dieser Doppelmechanismus, an dem Zucker und Proteine beteiligt sind, ermöglicht es Pflanzen, ihr Wachstum als Reaktion auf die Tageshitze anzupassen. Diese im Jahr 2025 in Nature Communications veröffentlichte Entdeckung bietet ein differenzierteres Verständnis der Thermosensorik von Pflanzen.
Das Verständnis, wie Pflanzen Hitze während des Tages wahrnehmen, ist entscheidend für die Schaffung landwirtschaftlicher Praktiken, die die Ernährungssicherheit in einem sich verändernden Klima gewährleisten. Diese Forschung könnte dazu beitragen, Nutzpflanzen zu entwickeln, die widerstandsfähiger gegen extreme Temperaturen sind. Dieses Wissen kann genutzt werden, um Pflanzen zu züchten, die den Auswirkungen des Klimawandels besser standhalten und eine stabile Nahrungsmittelversorgung gewährleisten. Angesichts der zunehmenden Hitzewellen in Europa und der Notwendigkeit nachhaltiger Landwirtschaft ist diese Forschung von großer Bedeutung.