Strigolactone (Cannabis)
Kurzdefinition
Strigolactone (SL) sind terpenoide Pflanzenhormone mit charakteristischem Butenolid-Ring, die aus β-Carotin über den CCD7/CCD8-Weg synthetisiert werden und in Cannabis sativa die Verzweigungsinhibition über eine Auxin-SL-Rückkopplungsschleife, das Mykorrhiza-Signaling und die Parasitensamen-Keimung regulieren.
Wissenschaftliche Beschreibung
Struktur: Strigolactone teilen ein Butenolid-D-Ring-Motiv, das über eine Enoletherbrücke an einen variablen trizyklischen ABC-Lactonrest gebunden ist. Kanonische SLs (Strigol, Orobanchol) besitzen alle drei ABC-Ringe; nicht-kanonische SLs (5-Deoxystrigol, Carlacton/CL) haben reduzierte Ringstrukturen. CL ist der erste Vorläufer mit dem charakteristischen D-Ring.
Vorkommen und Quellen: - Hauptsyntheseorte: Wurzel und Hypokotyl (vor allem unter P-Mangel) - Transport: über Xylem in den Spross - Cannabis-spezifisch: Homologe von CCD7, CCD8, MAX1, D14 und MAX2 im Cannabis-Genom annotiert; typische SL-Spiegel im pmol/g-Frischgewicht-Bereich (basierend auf Arabidopsis/Reis-Daten)
Funktionen in Cannabis: 1. Verzweigungsinhibition — SL unterdrücken axilläre Knospen über D14-MAX2-SMXL7-PIN1-Achse (→ strigolacton-verzweigung) 2. Mykorrhiza-Signaling — SL-Exsudation aus Wurzeln stimuliert Hyphenverzweigung arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF, Glomeromycota); Cannabis ist mykotroph → SL fördern die P-Aufnahme via AMF (Akiyama et al. 2005) 3. Parasitensamen-Keimung — SL im Rhizosphäre lösen Keimung von Striga- und Orobanche-Samen aus (evolutionärer Kollateralschaden; im Innenanbau irrelevant) 4. Auxin-SL-Rückkopplung — hoher basipetaler IAA-Fluss stimuliert CCD7/CCD8-Transkription → mehr SL → verstärkte Knospensuppression → Apikaldominanz stabilisiert
MAX-Gen-Nomenklatur:
| Gen | Arabidopsis | Reis | Funktion |
|---|---|---|---|
| MAX1 | CYP711A1 | — | CL → CLA (ER) |
| MAX2 | F-Box-Protein | D3 | SCF-Komponente, Signalweg |
| MAX3 | CCD7 | D17 | Biosynthese (Plastid) |
| MAX4 | CCD8 | D10 | Biosynthese (Plastid) |
Biologische Auswirkungen
SL-Homöostase in Cannabis: - Hohe SL (phosphatlimitiert, hoher Auxinfluss): starke Apikaldominanz, ein dominanter Hauptkolben - Niedrige SL (nach Topping, P-Überschuss): Seitentriebe brechen aus, buschige Canopy - Mykorrhiza: SL-Exsudation → AMF-Kolonisation → verbesserte P- und Mikronährstoffaufnahme; kommerziell: Mykorryza-Inokula profitieren von SL-Signal - max2-Mutante (SL-insensitiv): extrem buschig ohne Apikaldominanz — demonstriert SL-Kontrolle über Architektur
Anbau-Relevanz
- Topping und SL: Entfernung des Apex → Auxinfluss sinkt → CCD7/CCD8 fallen → SL-Biosynthese sinkt → Knospensuppression löst sich (kombiniert mit CK-Anstieg → Knospenaustrieb). SL sind der molekulare Grund, warum Topping so effektiv ist
- Phosphatversorgung und SL: P-Mangel → erhöhte SL-Produktion → mehr Mykorrhiza-Signal + mehr Knospensuppression. Optimale P-Versorgung hält SL tief → weniger Apikaldominanz von innen, mehr durch Auxin von außen
- Mykorrhiza-Inokula: Cannabis produziert SL → AMF-Inokula (Rhizophagus irregularis) können sinnvoll sein in phosphatarmen Substraten (lebende Erde, schwach gedüngte Böden)
- Mythos: "Strigolactone sind nur Parasitenlockstoffe" — SL sind essentielle endogene Hormone; die Parasitensamen-Keimung ist ein evolutionärer Kollateralschaden, nicht die Primärfunktion (Brewer et al. 2009, PMID 19329558)
Verwandte Begriffe
- strigolacton-biosynthese — CCD7/CCD8/MAX1/D14-Signalweg
- strigolacton-verzweigung — mechanistische Verzweigungskontrolle
- apikaldominanz-auxin — Auxin-SL-CK-Drei-Hormon-Modell
- cytokinine — CK als Gegenspieler von SL bei Knospenaustrieb
Quellen
- Yoda A et al. (2022) New Phytologist 234:1044–1055. DOI: 10.1111/nph.17737
- Abe S et al. (2014) PNAS 111:18084–18089. DOI: 10.1073/pnas.1410801111
- Akiyama K et al. (2005) PLoS Biol 3(7):e226. DOI: 10.1371/journal.pbio.0040226
- Brewer PB et al. (2009) Plant Physiol 149:1298–1308. PMID: 19329558