Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Enzyme für Zellwandsynthese sind über Artgrenzen hinweg konserviert

13.07.2011
Viele Pflanzen nutzen ähnliche Gene zur Bildung ihrer Zellwand

Pflanzen haben weder stützendes Knochengewebe noch Muskeln und bilden trotzdem feste Strukturen wie Stängel oder sogar Baumstämme aus. Das liegt daran, dass Pflanzenzellen von einer stabilen Zellwand umgeben sind.

Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand ist Zellulose, sie macht fast 50 Prozent des gesamten Zellwandmaterials aus und ist mit einer Billion Tonnen pro Jahr das am häufigsten in der Natur produzierte Makromolekül. Bisher weiß man nur wenig über die Art und Weise, wie Zellulose hergestellt wird und die wenigen Erkenntnisse, die es gibt, beschränken sich meist auf die einfach zu untersuchende aber wirtschaftlich unbedeutende Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Staffan Persson und seine Arbeitsgruppe vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie zeigen, dass man dieses Wissen auf andere Pflanzenarten übertragen und sogar noch erweitern kann.

Je nach Inhaltsstoffen und Eigenschaften spricht man von einer primären oder einer sekundären Zellwand. Während die Zelle noch wächst, ist sie nur von der elastischen und dehnbaren primären Zellwand umgeben. Ist die Zelle ausgewachsen, so bilden bestimmte Zelltypen, wie zum Beispiel die Leitgefäße, eine starre sekundäre Zellwand aus. Der wichtigste Bestandteil beider Zellwandarten ist die Zellulose - ein langes, kettenförmiges Molekül, das aus mehreren tausend Zuckerbausteinen besteht und extrem reißfeste Bündel, so genannte Mikrofibrillen, bilden kann. Diese Zellulose-Mikrofibrillen umspannen die Pflanzenzellen wie Stahlseile und geben ihnen Form und Stabilität. Obwohl Zellulose von Menschen und Tieren nicht selbstständig verdaut werden kann, also keinerlei Nährwert bietet, ist sie ein wichtiger Rohstoff für die Industrie. Sie kommt zum Beispiel in der Papierindustrie, im Baugewerbe oder als Brennstoff zum Einsatz.

Die Synthese der Zellulose findet an der Zellmembran statt. Der für die Zellulosesynthese verantwortliche Enzymkomplex besteht aus drei verschiedenen Cellulose Synthase-Proteinen, die vermutlich die einzelnen Zuckermoleküle miteinander verknüpfen und aus der Zelle schleusen. Die an der Synthese von Primär- und Sekundärwand beteiligten Cellulose Synthase-Proteine sind zwar miteinander verwandt, aber doch unterschiedlich. Neben den Cellulose Synthasen sind jedoch noch viele weitere Enzyme an der Synthese oder dem Export von Zellulose beteiligt. Bisher konzentrierte sich die Forschung darüber vor allem auf den Modellorganismus der Biologen, die Ackerschmalwand. Diese ist zwar botanisch anspruchslos und mit ihren kurzen Lebenszyklen gut für die Forschung geeignet, besitzt jedoch kein wirtschaftliches Potenzial. Persson und seine Mitarbeiter wollen deshalb die an dieser Pflanze gewonnenen Erkenntnisse auf bedeutendere Pflanzen übertragen.

Ziel ihrer Forschung ist es, in wichtigen Anbaupflanzen wie Gerste, Reis und Weizen sowie in Pappel und Sojabohne diejenigen Gene zu identifizieren, die die gleichen Funktionen besitzen wie bereits gut charakterisierte Gene in Arabidopsis. Mit Hilfe der so genannten Co-Expressionsanalyse untersuchten sie, welche Genfamilien zur gleichen Zeit und am gleichen Ort wie die Cellulose Synthase-Gene aktiv werden und somit vermutlich ebenfalls an der Zellulosesynthese beteiligt sind. „Gene die zur gleichen Zeit in Zellen exprimiert werden, arbeiten vermutlich auch am gleichen Prozess mit“, erklärt Persson die Herangehensweise seiner Arbeitsgruppe. Darüber hinaus gelingt es mit dieser Methode, falsch-positive Treffer auszumerzen. Denn Gene, die sich nur bei Arabidopsis, aber bei keiner anderen Art mit den Cellulose Synthase-Genen in Verbindung setzen lassen, sind vermutlich doch nicht so essenziell für die Zellwandsynthese wie bisher angenommen.

Bei einer Genfamilie, die in fast allen Co-Expressionsnetzwerken zu finden ist, handelt es sich um Glykosyltransferasen. Das sind Enzyme, die aktivierte Zuckergruppen auf bestehende Zuckerpolymere, Proteine oder Lipide übertragen. Die genaue Funktion dieser Enzyme bei der Bildung von Zellulose ist bisher noch nicht bekannt, doch ihr Vorkommen in den unterschiedlichsten Arten spricht dafür, dass sie in diesem Prozess eine entscheidende Rolle spielen. Gene, die für Komponenten des Zellskeletts kodieren, waren stärker mit den primärwandspezifischen Cellulose Synthase-Genen verknüpft, was darauf hindeutet, dass das Zellskelett bei der Synthese der primären Zellwand eine wichtigere Rolle spielt. Überraschenderweise fanden die Forscher auch viele Signalgene sowie Gene zum Proteinabbau, die gemeinsam mit den Cellulose Synthase-Genen zur Ausprägung kamen.

„Unsere Methode ermöglicht eine systematische Analyse ganzer Genome unterschiedlicher Nutzpflanzen um Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Genfamilien aufzudecken“ so Persson. Das alles macht die Co-Expressionsanalyse zu einem erfolgsversprechenden Instrument um das bisher auf Arabidopsis beschränkte Wissen auf landwirtschaftlich bedeutsame Pflanzen zu übertragen.

Ansprechpartner

Dr. Staffan Persson
Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Telefon: +49 331 567-8149
E-Mail: persson@mpimp-golm.mpg.de
Claudia Steinert
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Telefon: +49 331 567-8275
Fax: +49 331 567-8408
E-Mail: steinert@mpimp-golm.mpg.de
Originalveröffentlichung
Colin Ruprecht, Marek Mutwil, Friederike Saxe, Michaela Eder, Zoran Nikoloski and Staffan Persson
Large-scale co-expression approach to dissect secondary cell wall formation across plant species

Frontiers in Plant Science, 01. Juli 2011, DOI: 10.3380/fpls.2011.00023

Claudia Steinert | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4367750/zellwand-synthese

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kupferhydroxid-Nanopartikel schützen vor toxischen Sauerstoffradikalen im Zigarettenrauch
30.03.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung
30.03.2017 | Universität Basel

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: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE