Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Potsdam und des Max-Planck-Institutes für Molekulare Pflanzenphysiologie haben entscheidende Komponenten eines Gedächtnis-Phänomens in Pflanzen identifiziert. Wie die Forscher um Prof. Dr. Isabel Bäurle in der Fachzeitschrift "The Plant Cell" zeigen, ist eine Gruppe von sogenannten microRNAs für ein intaktes Hitzegedächtnis notwendig. Dieser Mechanismus ermöglicht es den Pflanzen, auf wiederkehrende Hitzeereignisse ohne Wachstumseinbußen zu reagieren

Im Zuge des Klimawandels wird es neben einem allgemeinen Temperaturanstieg auch zur Verstärkung extremer Naturereignisse kommen. So ist zu erwarten, dass die Intensität und Häufigkeit von Dürren, Starkregen- und Hitzeperioden zunehmen. Die Züchtung von Nutzpflanzen, die unter solchen Bedingungen weiterhin zuverlässig Ertrag liefern, ist daher von großem Interesse. Biologen untersuchen schon seit langer Zeit die zellulären Prozesse in Pflanzen direkt nach Hitzestress. Viele molekulare Mechanismen sind daher bekannt. Der Bereich des pflanzlichen Hitzegedächtnisses dagegen stellt einen relativ jungen Forschungsbereich dar. Obwohl in Pflanzen bekanntermaßen keine den tierischen Nervensystemen gleichenden Strukturen vorhanden sind, können auch Pflanzen "lernen". Behandelt man beispielsweise die als Modellorganismus genutzte Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) für kurze Zeit mit milder Hitze, wird sie dadurch trainiert und kann in den folgenden Tagen hohe Temperaturen überleben, die sonst tödlich für sie wären. Die Wissenschaftler um die Sofja-Kovalevskaja-Preisträgerin Isabel Bäurle von der Universität Potsdam haben jetzt gezeigt, dass an diesem Gedächtnis nicht nur Hitzeschockproteine und Transkriptionsfaktoren beteiligt sind, sondern auch microRNAs, kleine hochkonservierte Moleküle, die als wichtige Regulatoren in der Zelle fungieren. Nach dem trainierenden Hitzestress verstärken die identifizierten microRNAs die Synthese bereits bekannter Komponenten des Gedächtnisses und regulieren gleichzeitig die Entwicklung der Pflanze. Außerdem führen künstlich erhöhte Mengen der microRNA in der Pflanze dazu, dass sich der Gedächtniszeitraum verlängert und das Wachstum der Pflanze zunimmt. Die neuen Daten, die im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches entstanden sind, bieten damit ein Modell für die Verarbeitung von Umweltstress und optimalem Wachstum. Sie liefern viele Ansatzpunkte für weitere Studien.

Arabidopsis miR156 regulates tolerance to recurring environmental stress through SPL transcription factors. Anna Stief, Simone Altmann, Karen Hoffmann, Bikram Datt Pant, Wolf-Rüdiger Scheible, Isabel Bäurle. The Plant Cell. 2014