Parasitäre Unkräuter sind rücksichtslose Schmarotzer, die den Nutzpflanzen Nährstoffe entziehen und die Ernten vernichten. Doch was wäre, wenn Landwirte diese Eindringlinge mit einem Trick dazu bringen könnten, sich selbst zu zerstören? Wissenschaftler der UC Riverside glauben, dass sie einen Weg gefunden haben.
Der Trick beruhe auf einer Klasse von Hormonen, die Strigolactone genannt werden - unscheinbare Chemikalien, die zwei Funktionen erfüllen. Intern helfen sie, das Wachstum und die Reaktion der Pflanzen auf Stressfaktoren wie Wassermangel zu kontrollieren. Äußerlich tun sie etwas, was für Pflanzenhormone ungewöhnlich ist.
„Die meiste Zeit strahlen Pflanzenhormone nicht nach außen - sie werden nicht ausgeschüttet. Aber diese tun es“, sagte der UCR-Pflanzenbiologe und Mitautor der Studie, David Nelson. „Pflanzen nutzen Strigolactone, um Pilze im Boden anzulocken, die eine nützliche Beziehung zu den Pflanzenwurzeln haben.“
Zum Leidwesen der Landwirte haben parasitäre Unkräuter gelernt, die Strigolacton-Signale zu missbrauchen und sie als Einladung zum Eindringen zu nutzen. Sobald die Unkräuter das Vorhandensein von Strigolactonen bemerken, keimen sie und klammern sich an die Wurzeln der Pflanzen, um ihnen wichtige Nährstoffe zu entziehen.
„Dieses Unkraut wartet auf ein Signal, um aufzuwachen. Wir können ihnen dieses Signal zur falschen Zeit geben - wenn es keine Nahrung für sie gibt - so dass sie sprießen und absterben“, sagte Nelson. „Es ist, als ob wir ihren eigenen Schalter gegen sie umlegen und sie im Grunde genommen dazu ermutigen, Selbstmord zu begehen.“
Um die Strigolacton-Produktion zu verstehen, entwickelte das Forschungsteam unter der Leitung von Yanran Li, früher an der UCR und jetzt an der UC San Diego, ein innovatives System mit Bakterien und Hefe. Indem sie E. coli- und Hefezellen so konstruierten, dass sie wie winzige chemische Fabriken funktionieren, stellten sie die biologischen Schritte nach, die für die Produktion dieser Hormone erforderlich sind. Dieser Durchbruch ermöglicht es den Forschern, die Strigolacton-Synthese in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen und möglicherweise große Mengen dieser wertvollen Chemikalien zu produzieren. Die Forscher untersuchten auch die Enzyme, die für die Produktion von Strigolactonen verantwortlich sind, und identifizierten einen metabolischen Verzweigungspunkt, der für die Entwicklung dieser Hormone von internen Regulatoren zu externen Signalen entscheidend gewesen sein könnte.
„Dies ist ein leistungsfähiges System zur Untersuchung von Pflanzenenzymen“, so Nelson. „Es ermöglicht uns, Gene zu charakterisieren, die noch nie zuvor untersucht wurden, und sie zu manipulieren, um zu sehen, wie sie die Art der gebildeten Strigolactone beeinflussen.”
Über die Landwirtschaft hinaus sind Strigolactone vielversprechend für medizinische und ökologische Anwendungen. Einige Studien deuten darauf hin, dass sie als Mittel gegen Krebs oder Viren eingesetzt werden könnten, und es besteht Interesse an ihrer potenziellen Rolle bei der Bekämpfung der Citrus Greening Disease, die den Citruspflanzen in Florida großen Schaden zufügt. Die Wissenschaftler sind sich noch nicht sicher, ob die Unkrautselbstmordstrategie in der Praxis funktionieren wird. „Wir testen, ob wir das chemische Signal so abstimmen können, dass es noch effektiver wird“, so Nelson. „Wenn uns das gelingt, könnte dies für Landwirte, die diese Unkräuter bekämpfen, ein entscheidender Fortschritt sein.”
