Farbenfrohe Pflanzen faszinieren und inspirieren die Menschen seit langem, von Monets und Van Goghs Gemälden bis hin zu Mendels Erbsenblütenfarben. Pigmente sind nicht nur ästhetisch ansprechend, sondern haben zahlreiche Aufgaben, von der Anziehung des richtigen Bestäubers bis hin zur Unterstützung von Pflanzen bei der Bewältigung von Umweltbelastungen.

Dr. Eduardo Narbona und Kollegen Überprüfen Sie die ökologische Biochemie von Pigmenten, die die Blütenblattfarbe beeinflussen und ihre Bedeutung für Nichtbestäuberfunktionen hervorheben (z. B. UV-Absorption). Die drei Autoren erforschen alle evolutionäre und ökologische Aspekte von Blütenfarben. Dr. Eduardo Narbona und José Carlos del Valle hauptsächlich Forschung lichtinduzierte Flavonoide in Pflanzen, während Dr. Justen B. Whittall ebenfalls untersucht Blütensignale für Bestäuber.

Der Überblick konzentriert sich zunächst auf die vier Hauptgruppen von Pigmenten: Chlorophylle, Carotinoide, Flavonoide und Betalaine. Das Vorhandensein dieser Pigmente bestimmt die Farbe der Blume, während unterschiedliche Konzentrationen zu Farbtönen führen. Das Mischen von Farben ist jedoch nicht einfach. Beispielsweise könnten rote Blütenblätter auf eine Kombination von violetten Anthocyanen (eine Art Flavonoid) mit orangefarbenen Carotinoiden oder auf das alleinige Vorhandensein von roten Anthocyanen, Betalainen oder Carotinoiden zurückzuführen sein.

Vielfalt der Blütenpigmente und Wellenlängen-Absorptionsspektren. Quelle: Narbona et al., 2021.

Flavonoide sind wasserlöslich und bieten die größte Vielfalt an Blumenfarbtönen (blaue, violette, rosa und rote Farben), und einige bilden eine Gruppe, die als „UV-absorbierende Flavonoide“ bezeichnet wird. Schutz vor UV-Strahlung führt zu dunkleren Pflanzen näher am Äquator. Es wird erwartet, dass es in Zukunft ein wichtiges selektives Merkmal sowohl für Blütenpflanzen als auch für ihre Bestäuber sein wird.

Narbona und Kollegen schlagen vor, dass Anthocyane eine hervorragende Möglichkeit bieten, die Pigmentproduktion und -regulation zu verstehen. Pflanzen, die Flavonoide produzieren, können keine Betalaine produzieren, die beispielsweise in Kakteen gelbe, rosa und rote Farben erzeugen. Der Anthocyan-Biosyntheseweg wurde gründlich untersucht, und sechs Kernenzyme dienen als Verzweigungspunkte für die Produktion anderer Flavonoide.

Blumenfarben sind während des gesamten Lebens einer Pflanze nicht festgelegt. Zum Beispiel die Blumen von gestern-heute-und-morgen, Brunfelsia pauciflora, ändern sich von lila zu weiß, wenn die Anthocyane abgebaut werden. Eine andere Pflanze, Moricandia arvensis, produziert im Frühjahr UV-reflektierende violette Blüten und wechselt dann im Sommer zu UV-absorbierendem Weiß.

Einige Pigmentgruppen werden unabhängig voneinander kontrolliert und führen zu dramatischen Unterschieden. Das Vorhandensein und Fehlen von Anthocyanen und Carotinoiden führt zu vier unterschiedlichen Farben Raphanus sativus.

Variabilität der Blütenfarbe in Gestern-heute-und-morgen, Brunfelsia pauciflora (links) und Raphanus sativus (Rechts). Quelle: Narbona et al., 2021.

„Obwohl die Angemessenheit von Blütenpigmenten zum Bemalen der grünen Leinwand zweifellos sowohl Bestäuber als auch Menschen geblendet hat, beginnen wir erst vor kurzem, einige der übersehenen Auswirkungen von Pigmenten auf die Bewältigung von Umweltbelastungen zu verstehen“, schrieben Narbona und Kollegen.

Diese Übersicht hebt die vielen Mechanismen hervor, die dem Mischen und Anpassen von Pigmenten zugrunde liegen, um die Pflanzen vor unterschiedlichen Belastungen zu schützen und geeignete Bestäuber anzulocken.

„Mithilfe neuer molekularer, biochemischer und Datenanalysetechniken beginnen wir, Prozesse zu enträtseln, die frühe Pflanzenbiochemiker lange beschäftigt haben.“