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Alarm in der Wurzel

Wurzeln sind im Boden gut verborgen, aber keineswegs vor Angriffen geschützt. Insektenlarven oder Nematoden können sie verletzen und sich anschließend weiter durch das Wurzelsystem bewegen.

Für die Pflanze ist es deshalb sinnvoll, nicht nur am Ort der Verletzung zu reagieren, sondern auch benachbarte, noch unbeschädigte Wurzeln auf die mögliche Gefahr vorzubereiten. Wie die Information über eine Verletzung innerhalb des Wurzelsystems weitergegeben wird, war bislang allerdings nicht so gut verstanden.

Ein Forschungsteam der Uni Würzburg hat diesen Signalweg nun an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana untersucht. Dafür verletzten die Forschenden einzelne Zellen oder größere Bereiche einer Seitenwurzel und zeichneten unter anderem elektrische Veränderungen und Kalziumsignale auf.

Dabei zeigte sich ein erstaunlich schneller Übertragungsweg. Durch die Verletzung fällt der Druck in den Zellen ab. Dieser Druckverlust breitet sich durch das verbundene Wurzelsystem aus und erreicht benachbarte Seitenwurzeln mit rund 75 Millimetern pro Sekunde.

Dort reagieren sogenannte mechanosensitive Ionenkanäle (z.B. MCA1) auf die Druckänderung. Die mechanische Reizung führt also zu einer Öffnung dieser Kanäle und einem entsprechenden Einstrom von Kalzium (Ca2+). Diese positive Ladung führt zu einer Aktivierung von Prozessen in der Zelle, die letzlich unter anderem zu einer Aktivierung von Genen für Abwehrreaktionen führen.

Auf diese Weise kann eine Verletzung auch in noch unbeschädigten Nachbarwurzeln Reaktionen auslösen und sie damit quasi vorsorglich auf eine drohende Gefahr vorbereiten.

Quelle:
Baudon et al. (2026), Science Advances, „MCA1 mechanosensitive channels enable fast communication of wound signals between lateral roots“

science.org/doi/…

arabidopsis biologie uniwürzburg science wissenschaft
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Das Bild zeigt eine schematische Darstellung einer Pflanze mit einem verzweigten Wurzelsystem. Eine Seitenwurzel wird mechanisch verletzt. Eine vergrößerte Darstellung zeigt, dass dadurch der Druck in den verletzten Zellen abfällt. Dieser Druckverlust breitet sich als mechanisches Signal durch das Wurzelsystem bis zu einer benachbarten Seitenwurzel aus. Dort reagieren mechanosensitive MCA1-Ionenkanäle auf die Druckänderung und lösen unter anderem Kalziumsignale aus. Glutamat-Rezeptoren, kurz GLR, sind an der Verstärkung der Reaktion beteiligt. Die Signalkette trägt schließlich dazu bei, Abwehrreaktionen in der noch unverletzten Wurzel zu aktivieren. Die Abbildung wurde von Angel Baudon von der Universität Würzburg erstellt und für die Berichterstattung über diese Forschung zur Verfügung gestellt.

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