08. September 2009 · DBG · Pressemitteilung

Evolution der Entgiftung – Ehrung einer Rostocker Pflanzenphysiologin, die einen essentiellen Stoffwechselweg erforscht

Die Deutsche Botanische Gesellschaft (DBG) verleiht Doktor Marion Eisenhut den mit 2.500 Euro dotierten Strasburger-Preis für ihre Erkenntnisse über die Evolution des photorespiratorischen Stoffwechsels, einem entscheidenden Schritt für die Nutzung der Photosynthese durch Pflanzen. In ihrer Doktorarbeit im Labor von Professor Martin Hagemann von der Universität Rostock erforschte die Physiologin zum einen, wie der so genannte Phosphoglykolat-Zyklus in Blaualgen abläuft. Zum anderen untersuchte sie, ob höhere Pflanzen die zur Entgiftung des Phosphoglykolats nötigen Schritte selbst erfanden oder von den Blaualgen (Cyanobakterien) erbten.

Alle Pflanzen, die den Grundtypus der Photosynthese mit Zwischenprodukten aus drei Kohlenstoffatomen betreiben, besitzen den photorespiratorischen Stoffwechselweg. Dieser wurde notwendig, als sich im Erdzeitalter des Kambriums immer mehr Sauerstoff in der Atmosphäre anreicherte. Denn das Enzym, das das atmosphärische Kohlendioxid während der Photosynthese bindet, setzt auch Sauerstoff um. Dabei entsteht Phosphoglykolat, das toxisch wirkt. Pflanzen schützen sich mit dem so genannten photorespiratorischen Zyklus davor und setzen Phosphoglykolat unter hohem Energieaufwand in wieder verwertbare Stoffe um. Während der Evolution war dieser neue Stoffwechsel-Weg einer der bedeutendsten Anpassungen der Pflanzen an das Leben auf dem Land.

Phosphoglykolat-Weg ist essentiell

Bislang war allerdings unklar, ob die höheren Pflanzen diesen schützenden Weg erst entwickelten, nachdem sie sich Photosynthese-betreibende Blaualgen einverleibt hatten, die als „Erfinder“ der Energiegewinnung aus Sonnenlicht gelten. Um dies zu klären, experimentierte Eisenhut mit Mutanten des Phosphoglykolat-Wegs. Mit den Mutanten wies sie nach, dass Cyanobakterien selbst einen aktiven Phosphoglykolat-Stoffwechsel betreiben. Wie sie herausfand, ist er für die Blaualgen sogar essenziell.

Schützende Photorespiration

Cyanobakterien haben also vor etwa drei bis dreieinhalb Milliarden Jahren parallel zur Photosynthese auch den photorespiratorischen Stoffwechsel erfunden. „Vermutlich haben die Pflanzen also nicht nur die Gene für die Photosynthese, sondern auch die Baupläne für die schützende Photorespiration von den Cyanobakterien übernommen“, interpretiert Eisenhut ihre Ergebnisse.

Evolution und Funktion weiter untersucht

„Frau Eisenhuts Erkenntnisse bereichern die Grundlagenforschung um Details der Evolution und Funktion des photorespiratorischen Stoffwechsels“, erklärt Professor Ulf-Ingo Flügge, der Präsident der DBG. „Vor kurzem gründete sich sogar eine von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Forschergruppe, die die Entstehung der Photorespiration weiter untersuchen wird“. Flügge übergab den Preis am 7. September während der Botanikertagung, das ist der alle zwei Jahre stattfindende Kongress der DBG.

Neue Wege für Züchter

Eisenhuts Erfolge ermöglichen auch praktische Anwendungen: Da der photorespiratorische Stoffwechsel sehr energieraufwendig ist, entzieht er den Pflanzen viel Kraft. Die Charakterisierung dieses Stoffwechselweges eröffnet nun neue Ansatzpunkte für die Züchtung ertragreicher Pflanzen zur Biomasseproduktion.

Publikationen

Die Originalpublikation erschien 2008: Eisenhut M, Ruth W, Haimovich M, Bauwe H, Kaplan A, Hagemann M (2008): The photorespiratory glycolate metabolism is essential for cyanobacteria and might have been conveyed endosymbiontically to plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (PNAS) 105:17199-17204, doi: 10.1073/pnas.0807043105

Bild

Strasburger-Preisträgerin Marion Eisenhut bestimmt Zwischenprodukte des Stoffwechsels in einer Blaualgen-Probe mit einer Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie-Anlage (HPLC). Foto: Mika Keränen.
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Ansprechpartner für die Medien

Dr. Marion Eisenhut, ehemals Institut für Biowissenschaften der Universität Rostock
Nun: Plant Physiology and Molecular Biology, Department of Biology
University of Turku , Finnland
Tel: + 358 2 333 8078
E-Mail: mareis[at]utu.fi 
Web: biologie.uni-rostock.de/pflanzenphysiologie/ pur_research.htm

Prof. Dr. Ulf-Ingo Flügge
Präsident der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) e.V.
Botanisches Institut, Lehrstuhl II,
Universität zu Köln
Tel: 0221-4702484
E-Mail: ui.fluegge[at]uni-koeln.de

Hintergrund

Seit 1994 verleiht die Deutsche Botanische Gesellschaft e.V. den Strasburger-Preis für eine hervorragende und originelle Leistung in der Botanik. Das Preisgeld wird alle zwei Jahre vom Spektrum Akademischer Verlag bereitgestellt, der eine Stiftung aus Anlass der 100jährigen Wiederkehr des Erscheinens der ersten Auflage des "Lehrbuchs der Botanik für Hochschulen" von Eduard Strasburger einrichtete. Über die Bewerbungen entscheidet eine Jury bestehend aus den Autoren der jüngsten Auflage des Lehrbuches, dem Biologielektor des Verlages sowie dem Präsidenten der DBG. Die DBG fördert die Pflanzenwissenschaften auf nationaler und internationaler Ebene und vernetzt Forscherinnen und Forscher. Der Preis ist eines der vielen Instrumente, mit denen die Gesellschaft den wissenschaftlichen Nachwuchs fördert.

Pressetext: Dr. Esther Schwarz-Weig, Redaktionsbüro WissensWorte, für die Deutsche Botanische Gesellschaft


Strasburger-Preisträgerin Marion Eisenhut bestimmt Zwischenprodukte des Stoffwechsels in einer Blaualgen-Probe mit einer Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie-Anlage (HPLC). Foto: Mika Keränen