Pflanzenphysiologie – Neues Shuttle für Fettsäuren

Lipide – also Fette und fettähnliche Substanzen – sind für das Wachstum und die Entwicklung von Organismen essentiell: Sie erfüllen eine Vielzahl wichtiger biologischer Funktionen, unter anderem als Bestandteil von Zellmembranen, als Signalmolekül, als Energiespeicher, oder auch als schützende Wachsschicht auf Blättern.

Aufgebaut sind Lipide hauptsächlich aus Fettsäuren. Diese werden bei grünen Pflanzen ausschließlich in den Chloroplasten hergestellt und müssen für die Lipidproduktion aus den Chloroplasten ins Zellinnere transportiert werden.

„Auf welche Weise Fettsäuren durch die Hüllmembranen der Chloroplasten transportiert werden, war bisher unbekannt“, sagt die LMU-Biologin PD Dr. Katrin Philippar, die mit ihrem Team nun entdeckte, dass eine völlig neue, bisher nicht beschriebene Proteinfamilie an diesem Prozess beteiligt ist.

Die Forscher isolierten in der inneren Hüllmembran von Chloroplasten der Modellpflanze Arabidopsis thaliana das Protein FAX1 („fatty acid export 1“). Durch die Untersuchung verschiedener Arabidopsis Linien, die entweder kein FAX1 produzieren oder dieses im Übermaß herstellen, fanden sie heraus, dass FAX1 essentiell für den Aufbau der Fettsäure/Lipid-haltigen Beschichtung von Pollenkörnern und der äußeren Wachsschicht der Pflanzen ist.

Ohne FAX1 ist die äußere Pollenzellwand defekt, sodass die Fertilität der Pflanzen stark beeinträchtigt ist. Weiter zeigte sich, dass bei Pflanzen, die kein FAX1 produzieren, der Lipidgehalt außerhalb der Chloroplasten erniedrigt war. In FAX1 über-produzierenden Linien dagegen beobachteten die Wissenschaftler einen entgegengesetzten Effekt, insbesondere stieg die Konzentration der sogenannten Triacylglycerol-Lipide (TAGs) in Blättern und Blüten an.

FAX1 schleust Fettsäuren aus Chloroplasten

„Zusätzlich haben wir nachgewiesen, dass FAX1 in Hefezellen Fettsäuren transportieren kann. Zusammengenommen folgern wir aus unseren Ergebnissen, dass FAX1 in Chloroplasten den Fettsäure-Export über die innere Hüllmembran vermittelt. Damit konnten wir einen grundlegenden neuen, bisher unbekannten Transportweg für Fettsäuren aufklären“, erklärt Philippar. „Außerdem beeinflusst FAX1 wahrscheinlich indirekt auch den Kohlenhydratstoffwechsel der Zelle, da sowohl Lipide als auch Kohlenhydrate die primären Energieträger in Pflanzen sind“.

Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler die gesamte FAX-Proteinfamilie charakterisieren und insbesondere ihre Rolle im Stoffwechsel von Fettsäuren, Lipiden und Kohlenstoff-Energieträgern untersuchen. Wirbeltiere besitzen mit FAX verwandte sogenannte TMEM14-Proteine in ihren Mitochondrien. Die Erforschung der FAX-Proteinfamilie kann daher helfen, auch die bisher unbekannte Funktion dieser Proteine besser zu verstehen.

Sehr interessant ist auch die Bedeutung von FAX1 für die Produktion von TAGs, denn TAG-Öle sind ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Biodiesel. „Unsere Versuche haben gezeigt, dass eine Überproduktion von FAX1 den TAG-Gehalt der Pflanze erhöhen kann. Daher kann die Erforschung dieser Proteinfamilie möglicherweise zur Entwicklung neuer Strategien für die Herstellung von Biotreibstoffen beitragen“, sagt Philippar.
göd

Publikation:
FAX1, a Novel Membrane Protein Mediating Plastid Fatty Acid Export
Nannan Li, Irene Luise Gügel, Patrick Giavalisco, Viktoria Zeisler, Lukas Schreiber, Jürgen Soll, Katrin Philippar
PLOS Biology 2015
http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002053

Kontakt:
PD Dr. Katrin Philippar
Biozentrum der LMU
Telefon: +49 (0)89 / 2180-74758
philippar@lrz.uni-muenchen.de
http://www.botanik.bio.lmu.de/forschung/soll/ags/philippar/index.html