Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Life Sciences> Genomics/Proteomics>

Pflanzenzellen: zentrale Relaisstation in der internen Kommunikation entdeckt

Wie Pflanzenzellen miteinander „chatten“Zentrale Relaisstation in der internen Kommunikation entdeckt

Ein Forscherteam unter Federführung der Universität Bonn hat eine Grundlage der Kommunikation in Pflanzenzellen entschlüsselt: Das Protein „MICU“ steuert an zentraler Stelle in den Zellkraftwerken die Calciumionen-Konzentration.

sep
sep
sep
sep
Dr. Markus Schwarzländer (rechts) und Dr. Stephan Wagner

Mit diesen chemischen Signaturen regeln die Pflanzen zum Beispiel die Ausbildung von Organen und reagieren auf Wasserstress. Die Ergebnisse könnten in Zukunft auch dazu dienen, Nutzpflanzen zu optimieren. Die Fachzeitschrift „The Plant Cell“ berichtet in ihrer aktuellen Ausgabe über die Resultate.

Pflanzen reagieren in vielfältiger Weise auf Reize ihrer Umwelt: Wird das zur Verfügung stehende Wasser knapp, drosseln sie die Verdunstung aus ihren Blätter. Kommt ein Schädling daher, wappnen sie sich zum Beispiel mit chemischen Keulen. Möchte ein Bodenpilz zum gegenseitigen Vorteil in einer Art Wohngemeinschaft mit einer Pflanzenwurzel leben, dann sprechen beide Partner über ihre Pflichten. „All diese Feinjustierungen erfordern ein großes Maß an Kommunikation zwischen den einzelnen Organen der Pflanzenzellen“, sagt Dr. Markus Schwarzländer, Leiter einer Emmy-Noether-Gruppe am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn.

Anzeige

Wenn verschiedene Bestandteile von Pflanzenzellen miteinander kommunizieren, nutzen sie keine Worte, sondern Calciumionen – also positiv geladene Calciumatome. „Die Information ist in den Schwankungen der Calciumkonzentration der unterschiedlichen Zellkompartimente codiert“, erläutert Dr. Schwarzländer. Wie kann ein einzelnes Ion so viele Informationen beinhalten und weiterleiten? Das fragen sich Wissenschaftler, seit bekannt ist, wie verschiedene Zellkompartimente miteinander „chatten“.

Wurzelspitze der Acker-Schmalwand

Das Protein „MICU“ ist eine zentrale Relaisstation
Einen Lichtstrahl ins Dunkel bringt nun ein Forscherteam um Dr. Schwarzländer, der mit Wissenschaftlern aus Italien, Frankreich, England, Australien sowie dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und der Universität Münster neue Erkenntnisse zur Calciumionen-Kommunikation der Pflanzen gewonnen hat. Anhand der Zellkraftwerke (Mitochondrien) der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) entdeckten die Wissenschaftler, dass das Protein „MICU“ eine zentrale Stellung in der Steuerung der Calciumionen-Konzentration in den Mitochondrien einnimmt.

„Bei Säugetieren gibt es ein ganz ähnliches Protein, das ebenfalls die Menge an Calciumionen reguliert“, sagt Dr. Stephan Wagner aus dem Team von Dr. Schwarzländer. Es bringt die Mitochondrien der Säuger wie ein Turbolader dazu, mehr Energie bereitzustellen. Die Wissenschaftler spekulierten, dass es sich dabei um einen interessanten Kandidaten handeln könnte, waren dann aber doch überrascht, als sie mit dem eng verwandten pflanzlichen „MICU“ eine zentrale Relaisstation im Kommunikationssystem von Arabidopsis ausfindig machten. „Die beiden sich ähnelnden Proteine in Tieren und Pflanzen sind offenbar aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen, haben aber im Lauf der Jahrmillionen eigene Charakteristika entwickelt“, sagt Dr. Schwarzländer.

Fluoreszierende Zellkraftwerke geben Aufschluss
Indem die Forscher das Gen mit dem MICU-Bauplan im Arabidopsis-Genom zerstörten, konnten sie experimentell herausfinden, welchen Einfluss das Protein auf die Calciumkommunikation der Pflanzen hat. Sie koppelten die Mitochondrien mit einem fluoreszierenden Sensorprotein. Anhand der unterschiedlichen Fluoreszenzintensitäten war es nun möglich, Veränderungen in den Calciumkonzentrationen der Zellkraftwerke in der lebenden Pflanze sichtbar zu machen. „Wir konnten eindeutig Einflüsse auf die Kommunikation der Mitochondrien feststellen“, berichtet Dr. Wagner. Das ausgeschaltete MICU-Gen sorgte unter anderem für veränderte Eigenschaften der Zellatmung.

„Mit unseren Erkenntnissen haben wir die Grundlage geschaffen, Einfluss auf die Calciumsignale in spezifischen Teilen der Pflanzenzelle zu nehmen“, fasst Dr. Schwarzländer zusammen. Da Arabidopsis als experimentelles Modell für viele Feldfrüchte gilt, lassen sich die Erkenntnisse in Zukunft möglicherweise auch für die Optimierung von Nutzpflanzen anwenden. Wenn man zum Beispiel beliebigen Pflanzen über veränderte Calciumsignale beibringen könnte, sich mit stickstofffixierenden Bodenbakterien zu verbünden, ließe sich viel Dünger in der Landwirtschaft einsparen, blicken die Forscher in die Zukunft.

Publikation:
The EF-Hand Ca2+ Binding Protein MICU Choreographs Mitochondrial Ca2+ Dynamics in Arabidopsis, Fachjournal “The Plant Cell“, DOI: 10.1105/tpc.15.00509.

Kontakt:
Dr. Markus Schwarzländer
Plant Energy Biology Lab
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz Universität Bonn
E-Mail: markus.schwarzlander@uni-bonn.de

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Ackerschmalwand

Blütezeit von Pflanzen wird vorhersagbarMolekularer Mechanismus sorgt für frühe Blüte

Pflanzen passen ihre Blütezeit der Temperatur ihrer Umgebung an. Doch was genau löst ihre Blüte auf molekularer Ebene aus? Kann dieser Faktor das Blühen an- oder ausknipsen und damit auf ein verändertes Klima reagieren?

…mehr
Eisen-Schwefel-Cluster

Zentraler Syntheseschritt in den...Ohne Eisen-Schwefel-Cluster geht nichts

Forscher der Universität Bonn haben ein Protein identifiziert, das einen zentralen Schritt in den Zellkraftwerken der Pflanzen vermittelt.

…mehr
Mikroskopaufnahme von Staphylococcus aureus

BiohysikBeharrliche Winzlinge: Wie krankmachende Bakterien mit Proteinen an den Zielmolekülen ihres Wirtes "kleben"

LMU-Forscher haben den physikalischen Mechanismus entschlüsselt, mit dem sich ein weit verbreiteter Krankheitserreger an sein Zielmolekül im menschlichen Körper bindet. Damit legt die Studie Grundlagen z.B. für die Entwicklung neuartiger Therapien bei Infektionen mit Staphylokokken. 

…mehr
Mann und Frau an der Kinderwiege

Medikamentöse GeburtenkontrolleErste hormonfreie Verhütungspille für den Mann kommt aus Australien

Dank der Forschungsarbeit von Wissenschaftlern der Monash University in Melbourne könnte die hormonfreie Verhütungspille für den Mann schon bald Realität werden.

…mehr

Interleukin bei AllergienÜberfunktion von IL33 verursacht allergisches Asthma

Ein Forscherteam hat gezeigt, dass allergisches Asthma durch die Überfunktion eines Proteins – Interleukin 33 (IL-33) – ausgelöst wird. Gelänge es, diesen Mechanismus zu blockieren, würde dies neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung