Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antennen auf Wanderschaft - Wie sich Pflanzen an wechselnde Lichtbedingungen anpassen

26.08.2009
Mittels Fotosynthese produzieren grüne Pflanzen Kohlenhydrate - also Zucker - und Sauerstoff. Dabei sind sie auf Sonnenenergie angewiesen.

Mit Hilfe einiger raffinierter Mechanismen können sie sich auch an wechselnde Lichtverhältnisse anpassen und so effizient Fotosynthese betreiben. Biologen um den LMU-Pflanzenwissenschaftler Professor Dario Leister haben nun einige dieser Anpassungsmechanismen aufgeklärt.

So spielt etwa das Enzym STN7 bei einer kurzfristigen Lichtanpassung, die innerhalb von Minuten abläuft, eine entscheidende Rolle. STN7 ist aber auch für die langfristige Regulierung über Tage hinweg wichtig.

Die Signaltransduktionswege, die zur kurz- und langfristigen Anpassung führen, haben bis auf STN7 aber keinen weiteren Schritt gemeinsam. Zudem gelang dem Forscherteam der Nachweis, dass der kurzfristige Anpassungsprozess - anders als bislang vermutet - auch bei Blütenpflanzen zum Tragen kommt. "Diese Ergebnisse könnten künftig bei der Züchtung von Pflanzen helfen, die sich optimal an extreme oder stark wechselnde Lichtverhältnisse anpassen können", sagt Leister. (Plant Cell, 25. August 2009)

Pflanzen können unter extrem unterschiedlichen Lichtbedingungen gedeihen. Wachsen sie etwa an einem sonnigen Standort in Mitteleuropa erhalten sie rund 180 Mal soviel Licht wie am Boden des tropischen Regenwaldes. Aber auch an einem einzigen Standort schwanken die Lichtverhältnisse im Laufe eines Tages stark. Es ist bekannt, dass Pflanzen und Grünalgen über zwei Prozesse zur Anpassung an den Lichtwechsel verfügen. In ihren Chloroplasten, den für die Fotosynthese zuständigen Zellbestandteilen, befinden sich zwei sogenannte Fotosysteme. Diese Fotosysteme bestehen jeweils aus einem Kernkomplex und molekularen Antennen, den Lichtsammelkomplexen. Diese molekularen Antennen können jeweils Licht einer bestimmten Wellenlänge besonders effektiv "sammeln".

Herrscht nun etwa dunkelrotes Licht mit Wellenlängen um 700 Nanometer vor, wie dies etwa im Schatten der Fall ist, wird bevorzugt das Fotosystem I angeregt, dessen Antennen die Energie aufnehmen. Bei den sogenannten Zustandsübergängen oder "State Transitions" wird dann innerhalb von Minuten ein Teil der Antennen abgespalten: Dieser Teil wandert in den Chloroplasten zum Fotosystem II. "Die Lichtenergie wird auf diese Weise elegant verteilt und kann von der Pflanze optimal genutzt werden", sagt Professor Dario Leister, Leiter der Arbeitsgruppe "Fotosynthese, intrazelluläres Signalling und Genomevolution" am Department Biologie I der LMU. Die langfristige Lichtanpassung dauert dagegen Tage: Hier wird je nach Bedarf mehr von den Kernkomplexen von Fotosystem I oder Fotosystem II hergestellt.

Zusammen mit Forschern aus Jena und Mailand konnte Leisters Team nun erstmals einige Regulationsmechanismen der kurz- und langfristigen Anpassungsprozesse entschlüsseln. Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) lieferten die entscheidenden Hinweise: Die Antennen dieser Pflanzen konnten nicht mehr wandern oder nicht mehr am Fotosystem II andocken, was kurzfristige Zustandsübergänge verhinderte. "Wir haben aber eine langfristige Lichtanpassung nachweisen können", berichtet Leister. Dieser Prozess läuft also unabhängig von der kurzfristigen Anpassung ab. Beiden Prozessen gemeinsam ist nur ihre Abhängigkeit von dem Enzym STN7, das erst vor wenigen Jahren in Leisters Labor gefunden worden war.

Bei Grünalgen können 80 Prozent der Lichtsammelkomplexe wandern, bei grünen Pflanzen sind es nur 20 Prozent. "Deshalb wurde lange vermutet, dass Zustandsübergänge bei den Blütenpflanzen von untergeordneter Bedeutung sind und nur bei schlechten Lichtbedingungen eine Rolle spielen", berichtet Leister, der diese Hypothese nun widerlegen konnte. "Wir haben uns Pflanzen angesehen, die entweder in der kurz- oder in der langfristigen Anpassung defekt waren, und zudem nur eingeschränkt Fotosynthese betreiben konnten. Zu unserer Überraschung wuchsen die in der kurzfristigen Anpassung defekten Pflanzen sehr viel schlechter. Sie konnten sich also deutlich schlechter an Lichtveränderungen anpassen und so die Sonnenenergie sehr viel weniger effizient nutzen." Auch Blütenpflanzen sind damit auf diese kurzfristigen Zustandsübergänge angewiesen.

Die Forscher konnten auch klären, wie die langfristige Anpassungsreaktion die Aktivität von Genen beeinflusst, um bedarfsgerecht mehr von den Fotosystemen zu schaffen: Demnach greift dieser Prozess bei Chloroplasten-Genen direkt bei der Transkription ein, während für Kerngene der Einfluss erst später stattfindet: hier wirkt die langfristige Anpassung erst nach der Transkription und damit erst nach dem ersten Schritt auf dem Weg zur Synthese von Proteinen. "All diese Ergebnisse sind wichtige Puzzlestücke, um zu verstehen, wie sich Pflanzen an äußere Lichtbedingungen anpassen", sagt Leister. "Dieses Wissen könnte in Zukunft helfen, Pflanzen zu züchten, die auch unter schwierigen Lichtverhältnissen optimal gedeihen." (CA/suwe)

Publikation:
"Arabidopsis STN7 Kinase Provides a Link between Short- and Long-Term Photosynthetic Acclimation";
Paolo Pesaresi, Alexander Hertle, Mathias Pribil, Tatjana Kleine, Raik Wagner, Henning Strissel, Anna Ihnatowicz, Vera Bonardi, Michael Scharfenberg, Anja Schneider, Thomas Pfannschmidt, Dario Leister;
Plant Cell,
25. August 2009;
DOI: 10.1105/tpc.108.064964
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Dario Leister
Department Biologie I
Tel.: 089 / 2180 - 74550
Fax: 089 / 2180 - 74599;
E-mail: leister@lrz.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.botanik.bio.lmu.de/
http://www.botanik.bio.lmu.de/personen/professuren/leister/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie