Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen unsichtbares Licht wahrnehmen

03.04.2012
Mit spezialisierten Photorezeptoren können Pflanzen Licht nutzen, das für uns unsichtbar ist. Strukturanalysen des kürzlich entdeckten UVR8-Rezeptors zeigen, wie ultraviolette Lichtsignale zum Umbau des Lichtrezeptors führen. Auf diese Weise gibt die Pflanze das Signal zur Einleitung eines wichtigen Schutzprogramms.

Über die Wahrnehmung von Licht steuern Pflanzen Wachstum, Keimung, Blütenbildung und die Kontrolle über ihren Tages- und Nachtrhythmus. Damit Pflanzen Licht auch tatsächlich „sehen“ können, besitzen sie auf unterschiedliche Lichtspektren spezialisierte Lichtrezeptoren.

Die bekanntesten Photorezeptoren sind die sogenannten Phytochrome, die das Verhältnis zwischen hell- und dunkelrotem Licht messen. Sie steuern wichtige Entwicklungsvorgänge von Pflanzen, wie beispielsweise die Samenkeimung und das Ergrünen von Pflanzenteilen.

Pflanzen können jedoch auch für uns unsichtbares Licht wahrnehmen. Studien in den 70er Jahren zeigten bereits, dass Pflanzen bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht Sonnencreme-ähnliche Schutzfaktoren produzieren. Sie sind Teil des sogenannten UV-B Signalweges, mit dem sich die Pflanze vor der schädlichen Wirkung von UV-Strahlung schützt. Zu diesen negativen Effekten gehören beispielsweise DNA-Schäden und eine geringere Photosyntheseleistung. Lange waren die Lichtrezeptoren, die den UV-B Signalweg auslösen nicht bekannt. Erst vor Kurzem wurde der UV-Rezeptor UVR8 als Teil dieser Signalleitung entdeckt. Allerdings blieb unklar wie genau der Rezeptor das UV-Licht aufnimmt und das Signal an die Zelle weiterleiten.

Mit der Strukturanalysen des UVR8-Rezeptors von Arabidopsis thaliana brachten Wissenschaftler jetzt Licht in das Dunkel um die Frage, wie UVR8 als UV-Sensor funktioniert. In Pflanzenzellen liegen UVR8-Rezeptoren in zwei strukturellen Zuständen vor: Einer Licht- und einer Dunkelform. Bei Dunkelheit geht das ringförmige UVR8-Molekül mit einem zweiten UVR8-Molekül eine Verbindung ein. Die beiden Doughnut-artigen Moleküle werden durch Salzbrücken und aromatische Aminosäuren wie ein Sandwich zusammengehalten. Wird die Pflanze mit UV-Licht bestrahlt, zerfällt das Doughnut-Sandwich wieder in zwei Einzelmoleküle. Diese sind daraufhin frei, um mit anderen Proteinpartnern eine Bindung einzugehen. Im Falle von UVR8 bindet der Faktor COP1, der für die Einleitung des genetischen Schutzprogramms zuständig ist.

Das Hin- und Herschalten zwischen dem einfachen und dem Doppelmolekül wird beim UVR8-Rezeptor durch ein besonderes strukturelles Merkmal möglich, das UVR8 von allen anderen bisher bekannten Photorezeptoren unterscheidet: Statt der für Photorezeptoren typischen Chromophor-Struktur, besitzt es auf seiner Kontaktfläche eine Aminosäuren-Pyramide, die aus Tryptophan-Resten besteht. Durch einen UV-Lichtreiz, werden die Elektronen dieser Aminosäuren angeregt und auf benachbarte Aminosäuren übertragen. Auf diese Weise werden Ladungen neutralisiert, die die beiden Moleküle zusammenhalten und die UVR8-Moleküle trennen sich. Die Tryptophan-Pyramide ist demnach der entscheidende UV-Lichtsensor, der das Licht einfängt und die absorbierte Lichtenergie weiterleitet.

UVR8 ist auch in ursprünglichen Pflanzen, wie beispielsweise Moosen und Algen zu finden. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass der Rezeptor Pflanzen schon in der frühen Erdgeschichte geholfen hat zu überleben, als die Erde noch größeren Strahlenmengen ultravioletten Lichts ausgesetzt war.

Der durch Lichtsignale ausgelöste Strukturumbau des Rezeptors könnte auch Biotechnologen zu neuen Werkzeugen inspirieren. Proteine, deren Architektur gezielt durch Lichteinstrahlung gesteuert wird, sind mittlerweile wertvolle Instrumente der zellbiologischen Forschung. Mit photoschaltbaren Molekülen lassen sich Prozesse in lebenden Zellen verfolgen und bestimmten Organen zuordnen. Wie die Experimente der Forscher zeigen lässt sich durch Mutationen der Tryptophan-Pyramide, sogar das Absorptionspektrum von UVR8 verschieben.

Quellen:
J. M. Christie (2012): Plant UVR8 Photoreceptor Senses UV-B by Tryptophan-Mediated Disruption of Cross-Dimer Salt Bridges. In: Science. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1105/tpc.112.240311

K. H. Gardner and F. Correa (2012): How Plants See the Invisible. In: Science. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1126/science.12202

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie