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Startsignal zum Wachstum: Das Gen Hemera sorgt dafür, dass eine Pflanze wächst und ergrünt, sobald Licht auf sie fällt.

Diese Moleküle suggerieren der Pflanze nämlich, dass sie noch in der dunklen Erde steckt. Fehlt das Gen, reagieren die Sämlinge nicht auf das überlebenswichtige Licht und verkümmern. Die Forschungsergebnisse dürften dazu beitragen, die vielfältigen Anpassungsmöglichkeiten der Pflanzen für die Landwirtschaft nutzbar zu machen. Dies berichten die Wissenschaftler um Meng Chen von der Duke University in Durham im Fachmagazin „Cell“.

Die lebenswichtigen Funktionen einer Pflanze wie Wachstum und Fortpflanzung sind vom Licht und somit von der Photosynthese abhängig. Im Laufe der Evolution entwickelten die Pflanzen daher eine Reihe von sogenannten Photorezeptoren, die ihnen Informationen über die Qualität und die Menge des Lichts in der Umgebung vermitteln. Die Anregung der Photorezeptoren führt dazu, dass Gene aktiviert werden, die verschiedene Wachstums- und Entwicklungsvorgänge der Pflanze steuern.



Auf welchem Weg die Lichtsignale diese Veränderungen anstoßen, haben die Wissenschaftler um Chen nun herausgefunden. Fällt Licht auf die junge Pflanze, so wird das Gen Hemera aktiviert, das nach der griechischen Göttin des Tages benannt wurde. Aus den Erbinformationen von Hemera wird sofort ein Eiweiß gebildet, das eine Gruppe von Proteinen in den zellulären Abfallkorb dirigiert, die nach der Keimung nicht mehr benötigt werden.

Verbleiben diese Proteine hingegen in der Zelle, wird der Pflanze weiterhin die Information vermittelt, dass sie sich im Dunkeln befindet. Das hat fatale Konsequenzen: Pflanzen ohne das Hemera-Gen wuchsen zu spindeldürren Albinos heran, die nicht lange überlebten. Zudem stellten die Wissenschaftler fest, dass das Protein die Bildung der Chloroplasten in den jungen Gewächsen anregt. Diese sind für die Energiegewinnung durch Photosynthese und auch für das Grün der Pflanzen verantwortlich. Damit erklärt sich auch das blasse Erscheinungsbild der Hemera-losen Pflanzen. 



Das Wissen um die Prozesse, die von dem Gen angestoßen werden, könne dazu beitragen, landwirtschaftliche Erträge unter schwierigen Wachstumsbedingungen zu steigern, schreiben die Forscher. Sie denken dabei an Züchtungen, bei denen Pflanzen entsprechend der Lichtsignale an neue Umwelteinflüsse angepasst werden. Beispielsweise helfen Photorezeptoren, die Licht im roten Spektralbereich auffangen, den Pflanzen, die Gegenwart von anderen Gewächsen aufgrund von Veränderungen der Lichteinstrahlung wahrzunehmen. Mit dieser Information geht die Pflanze dem Konkurrenzkampf lieber aus dem Weg und wächst in die Höhe, anstatt unter den verschlechterten Lichtbedingungen Energie in die Bildung von Blättern oder Samen zu stecken.