Explosive Samenkapseln

us | Um seine Samen möglichst großflächig zu verteilen, hat das Gartenschaumkraut (Cardamine hirsuta) im Laufe der Evolution eine explosive Technik entwickelt: Wenn sie reif sind, rollen sich die langen, dünnen Samenkapseln zusammen und schießen die Samen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 m/s in die Umgebung. Ob eine Samenkapsel auslösen kann, hängt dabei von mehreren ­Faktoren ab, die ein Team des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln nun näher ­untersucht hat. Für den Mechanismus sind drei kleine Stäbchen des starren Pflanzenpolymers Lignin entscheidend, die über winzige Gelenke miteinander verbunden sind. Drei Enzyme aus der Gruppe der Laccasen (LAC4, 11 und 17) helfen dabei, die Stäbchen aufzubauen. Laccasen tragen in ihrem aktiven Zentrum Kupferionen. Damit die explosive Samenfreisetzung funktioniert, müssen die Pflanzen also ausreichend Kupfer aus dem ­Boden für die Enzyme aufnehmen. Auf der anderen Seite wirken zu hohe Kupferkonzentrationen ­toxisch für Pflanzen, da Kupferionen auch die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies katalysieren können. Eine wichtige Rolle kommt daher dem SPL7-Transkriptionsfaktor zu, der die Aufnahme und Verteilung von Kupfer ­regelt. Die Forscher um Dr. Angela Hay konnten zeigen, dass Pflanzen mit ­einem mutierten SPL7-Gen weniger ­Lignin in ihren Samenkapseln ablagern und als Folge dessen ihre Samen signifikant weniger weit verteilen. ­Mittels CRISPR-Cas9 schalteten sie ­zudem die LAC-Gene aus. Auch diese Genom-Editierung führte zu reduzierter Lignin-Ablagerung in den Samenkapseln. Statt meterweit zu fliegen ­fallen die Samen mutierter Pflanzen einfach in der näheren Umgebung zu Boden. |