Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #50 (2023)

Mittels Optogenetik haben Forschende einen neuen Säuresensor in Pflanzenzellen nachgewiesen. Das Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) entdeckten zudem einen zellinternen Kalziumspeicher, wie es im Fachjournal Science berichtet. Dazu wurde ein lichtempfindlicher Protonenkanal aus einem Pilz, das Channelrhodopsin KCR2, für den Einsatz in Pflanzenzellen optimiert und in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eingebaut. So lassen sich nun auf einen Lichtimpuls hin gezielt Protonen in die Zellen schicken, um die Wechselbeziehungen zwischen Protonen und Kalziumionen zu analysieren. Darüber hinaus haben die Forschenden das KCR2 Gen zusammen mit dem ‚pHuji‘-Gen exprimiert, einem genetisch kodierten pH-Reporter. Über diesen Reporter lässt sich sehr einfach messen, welcher aktuelle pH-Wert in der Zelle herrscht, wenn KCR2 aktiviert wird.

Quelle: JMU

Pflanzen geben Duftstoffe ab, um zum Beispiel miteinander zu kommunizieren, Fressfeinde abzuwehren oder auf veränderte Umweltbedingungen zu reagieren. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Leipzig, des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) hat in einer Studie untersucht, wie die Artenvielfalt den Ausstoß dieser Stoffe beeinflusst. Erstmals konnte so gezeigt werden, dass artenreiche Wälder weniger weniger biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) in die Atmosphäre abgeben als Monokulturen, wie das Forschungsteam im Fachjournal Communications Earth & Environment darlegt. Bisher wurde angenommen, dass artenreiche Wälder mehr Emissionen abgeben.

Quelle: TROPOS

Den Biosyntheseweg von Paclitaxel, einem sehr erfolgreich eingesetzten Chemotherapeutikum zur Krebsbehandlung, haben Forschende des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) entschlüsselt: Das Team um Youjun Zhang konnte nun alle fehlenden Schritte, die zur Herstellung von Paclitaxel in Pflanzen erforderlich sind, auf einmal identifizieren. Sie analysierten die Daten von zwölf Experimenten, in denen mehrere zehntausend Gene in Eibenpflanzen untersucht wurden, um Sequenzen für Enzyme zu finden, die in ähnlicher Menge produziert werden wie die wenigen anderen Enzyme, von denen bereits bekannt ist, dass sie an der Paclitaxel Herstellung beteiligt sind. Mit Hilfe ausgefeilter chemischer Analysen und molekularbiologischer Werkzeuge gelang es ihnen, den gesamten Biosyntheseweg aus Eibenpflanzen zu reproduzieren und alle Enzyme in die australische Tabakverwandte Nicotiana benthamiana zu kopieren. Diese transgenen Nicotiana-Pflanzen produzierten tatsächlich ähnliche Mengen an Paclitaxel wie die Eibe, wie sie im Fachjournal Molecular Plant zeigen. Die Forschenden versuchten auch, den Paclitaxel-Stoffwechselweg in Bakterien zu kopieren, stellten aber fest, dass einige der Enzyme in Bakterienzellen einfach nicht funktionieren, was ggf. an deren anderen Membranen liegen könnte.

Quelle: MPI-MP

Einen der begehrten Consolidator Grants des Forschungsrats der Europäischen Union (European Research Council, ERC) hat Prof. Dr. Caroline Gutjahr erhalten für ihr Projekt SymbioticExchange. Darin will die Direktorin des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam (MPI-MP) ergründen, wie das enge Zusammenleben von Pflanzen und befreundeten Pilzen im Boden funktioniert und wie der Nährstoffaustausch zwischen den Symbiosepartnern reguliert wird. Über die Jahrmillionen hat sich diese arbuskuläre Mykorrhiza genannte Beziehung zwischen Pflanzen und ihren Pilzpartnern zu einer der intensivsten Interaktionen zwischen Lebewesen überhaupt entwickelt. Wie die Lipide, Zucker und Mineralien von einem Organismus zum anderen transportiert werden, welche Gene und Proteine der Pflanzen und Pilze zum Transport und welche zur Wahrnehmung des Partners dienen, und wie diese in Abhängigkeit von Umweltbedingungen kontrolliert werden ist Forschungsschwerpunkt von „SymbioticExchange“. „Wenn wir verstehen, wie Pflanzen bestimmen ob und welche Mengen von Stoffen sie mit Pilzen austauschen, dann können wir vielleicht Nutzpflanzen züchten, welche effizienter mit arbuskulären Mykorrhizapilzen zusammenarbeiten. Wenn wir dann die Pilze zusammen mit den Pflanzen auf die Felder bringen, könnten Pflanzen möglicherweise viel besser auf die Nährstoffe im Boden zugreifen Dies könnte helfen, Düngemittel einzusparen und Umwelt und Klima zu schonen,“ sagt Caroline Gutjahr.

Quelle: MPI-MP