Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Metalltolerante Pflanzen - eine Frage der Genaktivität?

31.08.2006
Stephan Clemens forscht ab September als Professor für Pflanzenphysiologie an der Universität Bayreuth

Am 1. September 2006 verlässt Dr. Stephan Clemens das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle. Der Leiter der Arbeitsgruppe Metallhomöostase wird einem Ruf an die Universität Bayreuth folgen und dort den Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie besetzen. Stephan Clemens ist seit 1998 als Gruppenleiter in der Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie am IPB beschäftigt. Im Jahre 2003 erlangte er seine Habilitation und die Lehrbefugnis im Fach Botanik.

Im Zentrum seiner Forschungsarbeiten stehen so genannte Metallhyperakkumulierer. Das sind Pflanzen, die normalerweise toxische Schwermetallkonzentrationen im Boden nicht nur tolerieren, sondern auch in der Lage sind, die aufgenommenen Metalle in ihren Blättern zu speichern. Anhand der Modellpflanzen Arabidopsis thaliana (Akkerschmalwand) und Arabidopsis halleri (Hallers Schaumkraut) untersucht Clemens die molekularen Mechanismen der pflanzlichen Metallhomöostase und Metalltoleranz. Dabei geht es zunächst um eine Bestandsaufnahme aller Faktoren, die im Allgemeinen an der Aufnahme und Verwertung sowie im Speziellen an der Toleranz und Speicherung von Metallen in der Pflanze eine Rolle spielen.

Die beiden untersuchten Pflanzenarten sind sehr eng miteinander verwandt, aber im Gegensatz zu A. thaliana ist A. halleri befähigt, Cadmium und Zink in hohen Konzentrationen zu tolerieren und zu speichern. Hallers Schaumkraut besiedelt Standorte, wie alte Kupferhalden im Harz, an denen die Ackerschmalwand aufgrund der hohen Metallbelastung der Böden keine Chance hätte als Art zu überleben. In ihrer Genausstattung unterscheiden sich die beiden Pflanzenarten kaum, wohl aber in der Art und Weise, wie und wann sie bestimmte Gene aktivieren. Mithilfe der Affymetrix-Gene-Chips-Methode haben die Wissenschaftler die Aktivität der Gene beider Arten miteinander verglichen. Den Ergebnissen zufolge sind in A. halleri eine Reihe von Genen viel stärker angeschaltet, als in A. thaliana. Diese Gene codieren beispielsweise für Metalltransporter oder Enzyme, die an der Synthese von metallbindenden Molekülen beteiligt sind. Pflanzliche Anpassung an extreme Standortbedingungen scheint demnach eher in der veränderten Regulation einzelner Gene begründet zu sein, als in der Existenz von besonderen "Toleranzgenen".

Die Eigenschaft der Metalltoleranz und viele andere Merkmale des pflanzlichen Stoffwechsels hängen jedoch nicht ausschließlich von der Aktivität der Gene im Zellkern ab. Vielmehr existieren innerhalb der Zellen zusätzliche Mechanismen, die aus den ursprünglichen Genprodukten, den Proteinen, eine Reihe von modifizierten Proteinen mit veränderten Eigenschaften hervorgehen lassen. Zudem sorgt eine Vielzahl von Enzymen für die Entstehung eines breiten Spektrums an pflanzlichen Sekundärmetaboliten. Gerade diese Vielfalt an sekundären Stoffwechselprodukten und modifizierten Proteinen befähigt die Pflanzen adäquat auf Stresssituationen und sich verändernde Umweltbedingungen zu reagieren. Stressanpassungsmechanismen, wie die Metalltoleranz, lassen sich deshalb nur verstehen, wenn man die Faktoren auf Protein- und Metabolitenebene kennt und deren Zusammenspiel begreift. Bisher sind nur sehr wenige dieser Moleküle identifiziert. In einem groß angelegten Metabolomics-Projekt (Metabolite Profiling in Arabidopsis und Nutzpflanzen) versucht sich Clemens gemeinsam mit anderen Arbeitsgruppen des IPB in einer generellen Bestandsaufnahme dieser sekundären Pflanzenstoffe. Mit Sicherheit werden unter den identifizierten Molekülen einige Substanzen sein, die bei zellulären Reaktionen auf Stress, wie z.B. einem Überangebot an Metallen, eine wichtige Rolle spielen.

Die Kenntnis der molekularen Mechanismen der Metallhyperakkumulation könnte in Zukunft im Konzept der Phytoremediation praktische Bedeutung erlangen. Darunter versteht man die Reinigung metallverseuchter Böden durch Metallhyperakkumulierer, die, auf diesen Flächen angebaut, einen Großteil der Metalle aus dem Boden ziehen und in den Blättern speichern würden. Anschließend braucht man sie nur noch zu ernten. Ein weiterer praktischer Aspekt der pflanzlichen Metallhomöostase, ist die Entwicklung von Nutzpflanzen, die für den Menschen lebenswichtige Metalle wie Eisen oder Zink in ihren essbaren Teilen speichern oder auch die Züchtung von Pflanzen, bei denen der Gehalt an toxischen Metallen wie Cadmium deutlich reduziert ist.

Bevor das Wissen über die Mechanismen des pflanzlichen Metallhaushaltes jedoch seine praktische Anwendung findet, bedarf es noch einiger Jahre an Grundlagenforschung, die Stephan Clemens in Zukunft vertiefend an der Universität Bayreuth durchführen wird. Das IPB verliert mit ihm einen hervorragenden Wissenschaftler, der sich als Leiter des Wissenschaftlichen Institutsrates auch in Bereichen außerhalb seines Forschungsgebietes engagierte. Wir wünschen ihm für seine Zukunft viel Erfolg.

Sylvia Pieplow | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipb-halle.de/

Weitere Berichte zu: Arabidopsis Gen IPB Metall Metallhomöostase Metalltoleranz Molekül Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie