Zeitschaltuhr für Blumenduft

Bei Petunien sorgt ein Gen der inneren Uhr dafür, dass die Blüten nur nachts duften
Die innere Uhr von Petunien bewirkt, dass die Blüten nur nachts Duftstoffe produzieren.
Die innere Uhr von Petunien bewirkt, dass die Blüten nur nachts Duftstoffe produzieren.
© Kiley Riffell
Seattle (USA) - Weiße Petunien werden hauptsächlich von Nachtfaltern bestäubt. Daher ist es biologisch sinnvoll, dass sie nur nachts duften, denn nur dann lohnt sich der Aufwand, diese Insekten anzulocken. Wie die Pflanzen die Produktion von Duftstoffen im Tagesverlauf genetisch steuern, haben jetzt amerikanische Biologen erforscht. Sie identifizierten ein Gen der inneren Uhr, das im 24-Stunden-Rhythmus ein- und ausgeschaltet wird. Seine Aktivität ist exakt mit der Erzeugung von Duftstoffen gekoppelt. Über einen entsprechenden Mechanismus verfügen wahrscheinlich auch viele andere Blütenpflanzen, schreiben die Forscher im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”. Eine gezielt veränderte zeitliche Freisetzung der Geruchsstoffe könnte möglicherweise die Effektivität der Bestäubung und damit den Ertrag bestimmter Nutzpflanzen verbessern.

„Wir sind dabei herauszufinden, wie die circadiane Uhr mit der Produktion und Freisetzung von Duftstoffen verbunden ist“, sagt Myles Fenske aus dem Forscherteam von Takato Imaizumi an der University of Washington in Seattle. Pflanzen, die auf bestäubende Insekten angewiesen sind, haben im Lauf der Evolution verschiedene Merkmale entwickelt, um ihren Fortpflanzungserfolg zu verbessern. Neben der Nektarbildung sowie Form und Farbe der Blüten zählt dazu auch der Blütenduft, der die Bestäuber anlockt. Da verschiedene Insekten zu unterschiedlichen Tageszeiten aktiv sind, ist es nützlich, die Duftproduktion zeitlich darauf abzustimmen. Weißblütige Petunien (Petunia hybrida cv. Mitchell) beginnen erst am Abend damit, süßlich riechende Geruchsstoffe zu erzeugen, die dann während der Nacht passiv in die umgebende Luft gelangen und anziehend auf Nachtfalter wirken.

Die Forscher konnten nachweisen, dass das Gen LHY bei der zeitlichen Kontrolle der Dufterzeugung die entscheidende Rolle spielt. Das Gen ist auch bei anderen Pflanzen ein Bestandteil der inneren Uhr, die zahlreiche Stoffwechselvorgänge an den Tag-Nacht-Rhythmus anpasst. Es ist bei den Petunien morgens maximal aktiv und bewirkt die Bildung eines Proteins, das ein anderes Gen (ODO1) blockiert. Das ODO1-Gen muss aktiv sein, damit Reaktionen ablaufen können, die schließlich zur Synthese der leicht flüchtigen Verbindungen des Blütendufts führen. Bis zum Abend sinkt die Aktivität von LHY und ermöglicht dann die Produktion der Duftstoffe, indem die ODO1-Blockade wieder aufgehoben wird.

Genetisch veränderte Pflanzen mit dauerhaft eingeschaltetem LHY-Gen dufteten gar nicht mehr. Umgekehrt begannen Petunien mit gehemmtem LHY-Gen bereits tagsüber mit der Duftstoffproduktion. Die Wechselwirkung zwischen LHY- und ODO1-Genen könnte ein vielen Blütenpflanzen gemeinsamer Mechanismus sein, der mit Hilfe der inneren Uhr die rhythmische Dufterzeugung kontrolliert, vermuten die Forscher. Gentechnische Veränderungen dieser Gene würden es vielleicht ermöglichen, die Duftproduktion mancher Nutzpflanzen besser in Einklang mit der Aktivität lokaler Bestäuber zu bringen und so den Ertrag zu steigern.

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