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 Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise