Wurzeln schlagen: Wie Pflanzen sich im Boden verankern

Wurzelkappen-Wachstum erstmals live beobachtet

Eine Pflanze wächst tagtäglich – nicht nur in die Höhe, sondern auch in den Boden. Dafür besitzen Pflanzen Zellen mit stammzellähnlichen Eigenschaften, das sogenannte Meristem. Deswegen hat sich auch der Begriff der Pflanzenstammzellen etabliert. In den Wurzeln sitzen unter anderem solche pflanzlichen Stammzellen, denn das Wurzelgeflecht übernimmt wichtige Aufgaben. Es sorgt einerseits für die Verankerung der Pflanze im Boden und andererseits ist es zuständig für die Versorgung mit Wasser und Nährstoffen. Beim Wachsen schützt ein kleines Käppchen die Wurzelspitze. Diese ist sehr zerbrechlich. Jedoch muss diese winzige Kappe sich alle paar Stunden erneuern. Das bedeutet: Die Zellen sterben den Zelltod und eine neue Schutzkappe entsteht. Eine Forschergruppe aus österreichischen und norwegischen Wissenschaftlern hat nun geklärt, welcher Prozess den Schutz der Wurzeln gewährleistet.

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Selbst ganz alte und knorrige Bäume wachsen noch weiter – in die Höhe und in die Erde. Das weitverzweigte Wurzelgeflecht breitet sich immer weiter aus, dank der Pflanzenstammzellen in der Wurzelspitze.

 

Als Untersuchungsobjekt diente der Ackerschmalwand. Die Forscher beobachteten, dass die Zellen der Wurzelkappe einen Eiweißstoff produzieren und dieser als Boten- und Signalstoff abgesondert wird. Es handelt sich dabei um das Peptid IDL1. Es verteilt sich in der Wurzelspitze.

Die Nachfolgerzellen besitzen mit dem HSL2 ein Rezeptorpeptid, also eine Andockstelle, für genau diesen Eiweißstoff. Sie nehmen den Signalstoff damit war. Über diesen Prozess können die äußeren Wurzelkappenzellen mit den inneren Zellen kommunizieren. Wenn die äußeren Wurzelkappenzellen kontrolliert absterben und abgeworfen werden, beginnen die inneren Zellen mit der Teilung, um die äußeren Zellen zu ersetzen.

Über diesen Kommunikationsmechanismus berichtet die Forschergruppe im Fachmagazin „Nature Plants“.

 

 

Zelltod und Wiedergeburt an der Wurzelkappe müssen genau koordiniert sein

Es dauert im Schnitt 18 Stunden, bis sich die Wurzelkappe abschält. Dann benötigt es noch einmal die gleiche Zeit, bis sich eine neue Zellschicht ausgebildet hat. Es gelang den Wissenschaftler diesen Zyklus in Echtzeit unter dem Mikroskop zu beobachten. Das Vergehen und Werden der Wurzelkappenzellen dauert alles in allem ungefähr eineinhalb Tage.

Wird jedoch übermäßig viel des Eiweißstoffes produziert, so kommt es zur Beschleunigung des Prozesses. Die Wurzelspitzen-Stammzellen teilen sich dann rascher, sodass sich auch die Wurzelkappen mit einer erhöhten Frequenz lösen können. Kommt es jedoch zu Problemen im Kommunikationsprozess der alten mit den neuen Zellen, so verlangsamt sich der Prozess. Dies kann passieren, wenn das Signal oder die Andockstelle gestört sind. Bei einer Störung sammeln sich die Wurzelkappenzellen an der Wurzelspitze an, da keine Abschälung erfolgt.

Bei einer nicht funktionierenden Zellkommunikation zwischen somatischen Pflanzenzellen und den Wurzelspitzen-Stammzellen erfolgt keine korrekte Koordination von Zelltod und Wiedergeburt mehr. Die Zellen bleiben als Kappe viel länger an der Wurzelspitze als sie sollten. Das verzögert das Wurzelwachstum und behindert die Versorgung der Pflanze.