Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nährstoff oder Gift: RUB-Biologen entschlüsseln, wie Pflanzen die Mineralienaufnahme steuern

03.04.2012
Nährstoff und Gift zugleich – auf die Dosis kommt es an
Wie Pflanzen die perfekte Menge Mineralien aufnehmen
RUB-Biologen entschlüsseln Funktion des Metallbindemoleküls Nicotianamin

Um zu überleben dürfen Pflanzen weder zu viel noch zu wenig Mineralien aus dem Boden aufnehmen. Neue Erkenntnisse, wie sie dieses kritische Gleichgewicht regulieren, veröffentlichten Biologinnen und Biologen der Ruhr-Universität in einer Serie von drei Publikationen in der Zeitschrift The Plant Cell.

Die Forscher entdeckten spezielle Funktionen des Metallbindemoleküls Nicotianamin. „Die Ergebnisse sind wichtig für die nachhaltige Landwirtschaft und auch für den Menschen – um gesundheitliche Probleme zu verhindern, die durch einen Mangel an lebenswichtigen Nährstoffen in der Nahrung verursacht werden“, sagt Prof. Dr. Ute Krämer vom RUB-Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie.

Pflanzen: Am Anfang der Nahrungskette

Alle Organismen benötigen Eisen, Zink und Kupfer als Nährstoffe. Sie sind in der Zelle an lebenswichtigen katalytischen Funktionen beteiligt. Da Pflanzen am Beginn der Nahrungskette stehen, ist ein ausreichender Gehalt dieser Mineralien in ihnen für die menschliche Ernährung entscheidend. Die Metalle sind sich chemisch sehr ähnlich, so dass es für Organismen schwierig ist, zwischen ihnen zu unterscheiden.

Wie die Zelle die Konkurrenten Zink und Eisen auseinanderhält

Das metallbindende Molekül Nicotianamin ist wichtig für den Eisentransport in Pflanzen. In ihrer Zeit an den Universitäten in Heidelberg und Bochum zeigte Krämer, dass es auch den Zinkhauhalt steuert. „Zu viel Zink kann eisenabhängige Prozesse vergiften und umgekehrt“, erklärt die Biologin. Wie viel Zink in der Zellflüssigkeit verfügbar ist, hängt davon ab, wo in der Zelle sich das Nicotianamin aufhält. Bei hohen Zinkkonzentrationen verlagert das Transportprotein ZIF1 das metallbindende Molekül von der Zellflüssigkeit in die Vakuole – einen abgetrennten Bereich der Zelle, der unter anderem Stoffe speichert. Dadurch werden auch die Zinkionen in die Vakuole befördert und so aus den Transportwegen der Pflanze entfernt. Nun macht Zink dem Eisen weniger Konkurrenz, so dass Eisen besser in der Zelle verfügbar ist.

Von der Wurzel in die Blätter: Nicotianamin entscheidend für den Zinktransport

Genetisch bedingt enthalten Pflanzen je nach Lebensraum ganz unterschiedliche Mengen an Mineralien. Die in Deutschland heimische Arabidopsis halleri sammelt in ihren Blättern zum Beispiel 100 mal mehr Zink an als viele andere Pflanzen. In Kooperation mit Kollegen der Universität Bayreuth zeigte Krämers Team warum: Arabidopsis stellt große Mengen Nicotianamin her. Schalteten die Forscher die Synthese dieses Moleküls über genetische Manipulation ab, transportierten die Pflanzen auch weniger Zink von der Wurzel in die Blätter. Nicotianamin ist also entscheidend für die hohe Zinkkonzentration. „In Entwicklungsländern ist Zinkmangel einer der größten ernährungsbedingten Risikofaktoren für Gesundheitsprobleme“, erklärt Krämer. „Unsere Daten geben wichtige Hinweise, wie man Erntepflanzen mit erhöhten Zinkgehalt züchten kann.“

Wie Kupfer in die Pflanzenzelle gelangt

Gemeinsam mit amerikanischen Kollegen erforschten die Bochumer Biologen auch, wie pflanzliche Zellen Kupfer aufnehmen. Sie setzten dazu das so genannte „next-generation sequencing“ ein. Mit dieser Methode werden gleichzeitig alle Boten-RNAs einer Zelle entschlüsselt. Dadurch erhält man ein vollständiges Bild davon, welche Proteine die Zelle in welcher Menge herstellen soll. Aus diesen Daten identifizierte Krämers Team wesentliche neue, an der Kupferaufnahme beteiligte Moleküle. Die Wissenschaftler wiesen nach, dass die Kupferionen zunächst von der zweifach positiv in die einfach positiv geladene Form überführt werden, was für die Aufnahme in die Pflanze essenziell ist. Verantwortlich dafür sind zwei spezifische Enzyme, Kupferreduktasen genannt. „Unabhängig davon haben wir auch herausgefunden, dass Kupfermangel in Pflanzen einen sekundären Eisenmangel auslöst, ähnlich wie beim Menschen.“

Titelaufnahmen

M.J. Haydon, M. Kawachi, M. Wirtz, S. Hillmer, R. Hell, U. Krämer (2012): Vacuolar nicotianamine has critical and distinct roles under iron deficiency and for zinc sequestration in Arabidopsis, The Plant Cell, doi: 10.1105/tpc.111.095042

U. Deinlein, M. Weber, H. Schmidt, S. Rensch, A. Trampczynska, T.H. Hansen, S. Husted, J.K. Schjoerring, I.N. Talke, U. Krämer, S. Clemens (2012): Elevated nicotianamine levels in Arabidopsis halleri roots play a key role in zinc hyperaccumulation, The Plant Cell, doi: 10.1105/tpc.111.095000

M. Bernal, D. Casero, V. Singh, G.T. Wilson, A. Grande, H. Yang, S.C. Dodani, M. Pellegrini, P. Huijser, E.L. Connolly, S.S. Merchant, U. Krämer (2012): Transcriptome sequencing identifies SPL7-regulated copper acquisition genes FRO4/FRO5 and the copper dependence of iron homeostasis in Arabidopsis, The Plant Cell, doi: 10.1105/tpc.111.090431

Weitere Informationen

Prof. Dr. Ute Krämer, Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel.: 0234/32-28004
ute.kraemer@rub.de


LS Pflanzenphysiologie
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pflaphy/Seiten_dt/index_d.html

Redaktion
Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pflaphy/Seiten_dt/index_d.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: 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...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

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...

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

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit