Wie funktioniert der Mangantransport in Pflanzen?



Bio-News vom 15.11.2022

Das Protein BICAT3 ist einer der wichtigsten Mangan-Verteiler in Pflanzen - ist es defekt, hat das einen verheerenden Einfluss auf das Wachstum der Pflanzen. Ihre Blätter sind deutlich kleiner und sie bilden weniger Samen als sonst. Die Transportwege für Mangan in Pflanzen und die Rolle von BICAT3 dabei wurde jetzt von einem Forschungsteam beschrieben. Die Ergebnisse könnten eine Grundlage dafür darstellen, das Wachstum von Nutzpflanzen zu verbessern.

Mangan ist für alle Lebewesen ein wichtiger Nährstoff. Das Spurenelement ist ein Bestandteil von Enzymen, den Proteinen, die in den Zellen alle chemischen Reaktionen kontrollieren. Beim Menschen ist es zum Beispiel für den Aufbau von Bindegewebe, Knorpeln und Knochen unabkömmlich. "Für Pflanzen ist Mangan zum Beispiel dafür nötig, dass die Enzyme funktionieren, die den Bau von Zellwänden bewerkstelligen. Auch bei der Fotosynthese hat es eine zentrale Rolle", sagt der Pflanzenforscher Prof. Dr. Edgar Peiter von der MLU. Für die Studie untersuchte ein Team unter seiner Leitung, wie die für den Zellwandbau verantwortlichen Enzyme mit Mangan versorgt werden.

Publikation:


He J. et al.
The trans-Golgi-localized protein BICAT3 regulates manganese allocation and matrix polysaccharide biosynthesis
Plant Physiology (2022)

DOI: 10.1093/plphys/kiac387

In umfangreichen Experimenten an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnten die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass das Protein BICAT3 dafür verantwortlich ist, dass Mangan an die richtigen Stellen in Pflanzenzellen transportiert wird. "Gene sind gewissermaßen die Bauanleitung für Proteine. Um die Rolle des BICAT3-Proteins näher zu untersuchen, wurde das korrespondierende Gen der Pflanzen mutiert, sodass die Pflanzen das Protein nicht mehr herstellen konnten", so Peiter. Die Folgen für die Pflanzen waren deutlich: "War nicht genügend Mangan vorhanden, konnten diese Pflanzen das nicht gut kompensieren, sie wiesen verschiedene Wachstumsdefekte auf. Ihre Zellwände wurden nicht korrekt gebildet, die Blätter waren deutlich kleiner als die der Pflanzen mit intaktem Gen", sagt Dr. Jie He, die Erstautorin der Studie. Auch das Wachstum des sogenannten Pollenschlauchs war gestört, wodurch die Pflanzen weniger Samen bilden konnten.

Das Team koppelte ein fluoreszierendes Protein an BICAT3, um dessen Aktivität in der Pflanze nachzuverfolgen. Die blauen Stellen zeigen, wo das Protein aktiv ist.

In einem weiteren Schritt koppelte das Team BICAT3 an ein fluoreszierendes Protein. Damit ließ sich mit hoher Präzision in lebenden Pflanzen nachverfolgen, wo in der Zelle das Protein aktiv ist. "BICAT3 ist in den trans-Zisternen des sogenannten Golgi-Apparats zu finden", so Peiter. Beim Golgi-Apparat handelt es sich, vereinfach gesagt, um eine Zellwandfabrik mit Versandabteilung. In dessen Zisternen werden Zellwandbestandteile aus einzelnen Zuckermolekülen zusammengesetzt und an die richtige Adresse verschickt.

Die Studie der halleschen Forschenden ist zunächst reine Grundlagenforschung. "Wir können jetzt den zugrunde liegenden Mechanismus erklären, wie das Mangan zu den Enzymen gelangt, die für die Zellwandsynthese verantwortlich sind", fasst Peiter zusammen. Perspektivisch könnten die Ergebnisse auch bei der Züchtung von Nutzpflanzen von Interesse sein. In ersten, bislang noch unveröffentlichten Versuchen mit einer Getreideart konnte das Team ähnliche Effekte beobachten.



Diese Newsmeldung wurde mit Material der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg via Informationsdienst Wissenschaft erstellt.

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