Hitzestress: Pflanzen lösen mit Fingern Notprogramme aus

Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben herausgefunden, wie Pflanzenzellen auf Stress reagieren. Wird ihre Energieversorgung durch Hitze, Trockenheit oder salzige Böden gestört, bilden die Chloroplasten - die Kraftwerke der Zellen - winzige fingerartige Ausstülpungen und senden darüber ein Hilfesignal innerhalb der Zelle. Dieses Signal aktiviert gezielt Schutzprogramme, die helfen, Schäden zu begrenzen. Die Ergebnisse der Studie zeigen erstmals eindeutig die Funktion dieser bislang rätselhaften Strukturen und liefern einen Ansatz, um Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen Klimastress zu machen.

Im Inneren jeder Pflanzenzelle befinden sich Chloroplasten, die wie kleine Solarkraftwerke funktionieren. Die winzigen Strukturen sind die grünen Energiezentren der Pflanzenzellen. Sie nutzen Sonnenlicht, nehmen Kohlendioxid aus der Luft auf und stellen daraus Zucker her - die Energiequelle, die die Pflanze zum Wachsen und Überleben braucht. Ohne diese "Solarkraftwerke" könnten Pflanzen keine Energie produzieren und somit auch nicht als Nahrungsgrundlage für andere Lebewesen dienen. Außerdem würde weniger Sauerstoff in die Atmosphäre gelangen.

Schutz vor Hitze, Trockenheit oder Salz

Geraten Pflanzen unter Stress, etwa durch Wassermangel oder hohe Temperaturen wie derzeit in Deutschland und Mitteleuropa oder durch salzhaltige Böden, gerät dieses empfindliche Energiesystem aus dem Gleichgewicht. Es entstehen aggressive Stoffe, die wichtige Bestandteile der Zelle angreifen und beschädigen können. Um funktionsfähig zu bleiben, muss die Pflanze schnell reagieren und Schutzmechanismen aktivieren.

In dieser Stresssituation bilden die Chloroplasten die nun untersuchten "Finger". Die Forschenden konnten zeigen, dass diese Strukturen ein Signal an die zentrale Steuerung der Zelle senden. "Dort werden bestimmte Gene ein- oder ausgeschaltet, sodass Schutzprogramme anlaufen, die den beschädigten Bereichen helfen", sagt Professor Peter Nick vom Botanischen Institut des KIT.

Funktion einer lang übersehenen Struktur entschlüsselt

Die Strukturen wurden vor über 130 Jahren von dem in Berlin lehrenden Pflanzenphysiologen Gottlieb Haberlandt beschrieben, gerieten aber in Vergessenheit und wurden erst in den 1990er-Jahren von US-Forschenden wiederentdeckt. "Früher wurde vermutet, diese 'Stromuli' könnten verschiedene Solarkraftwerke in der Zelle miteinander verbinden. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass ihre wichtigste Aufgabe nicht der Austausch von Stoffen ist, sondern die Weitergabe von Informationen innerhalb der Zelle", erläutert Nick.

Ansatz für klimaresistentere Nutzpflanzen

Die Entdeckung ist besonders relevant angesichts der Klimakrise, die Pflanzen immer häufiger unter Stress setzt. "Wir zeigen, dass sich dieser Alarmmechanismus gezielt beeinflussen lässt. Wir haben molekulare Faktoren identifiziert, die die Bildung der 'Finger' beschleunigen und effizienter machen können", sagt Nick. Langfristig eröffnet dies neue Möglichkeiten für die Landwirtschaft: In widerstandsfähigen Wildpflanzen könnten gezielt Varianten identifiziert werden, die besonders gut mit Stress umgehen. "Diese Eigenschaften lassen sich künftig möglicherweise auf Nutzpflanzen übertragen, um sie besser gegen Hitze, Trockenheit oder salzige Böden zu wappnen", sagt Nick.

Originalpublikation

Toranj Rahpeyma, Javier García Varo, Fabio Mühlberg, Peter Nick: Fingers for Signaling? A Possible Role of Stromules in Intracellular Communication. Plant Physiology, 2026. DOI: 10.1093/plphys/kiag373