Photosynthese – Neuer Manager für die grüne Energiefabrik

Grünalgen und höhere Pflanzen besitzen bestimmte Zellorganellen – die Chloroplasten –, in denen sie Photosynthese betreiben, also mithilfe von Sonnenlicht Energie und Kohlenhydrate gewinnen. Chloroplasten stammen von ehemals freilebenden Einzellern ab, die vor Jahrmillionen von Jahren von Wirtszellen aufgenommen wurden.

Deshalb verfügen sie noch heute über eine eigene – allerdings reduzierte – DNA, die etwa 100 Gene umfasst. Gesteuert werden diese Gene vor allem von sogenannten Helical repeat Proteinen (PPRs, TPRs), deren Baupläne in der DNA im Zellkern festgelegt sind. Damit kontrollieren diese kernkodierten Proteine auch die Aktivität der Chloroplasten.

„Zu den Helical Repeat Proteinen gehört auch eine kürzlich neu entdeckte Proteinfamilie, die sogenannten Octotricopeptid Repeat Proteine (OPRs)“, sagt Alexandra-Viola Bohne aus der Arbeitsgruppe um Professor Jörg Nickelsen vom Biozentrum der LMU. In Grünalgen gibt es interessanterweise sehr viele Vertreter dieser neuen Familie, in den meisten Landpflanzen dagegen findet sich nur ein einziges derartiges Protein.

„Für uns war es deshalb sehr spannend, heraus zu finden was dieses Protein in Landpflanzen macht“, sagt Bohne, „dazu haben wir exemplarisch das OPR-Protein RAP aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht“.

Helfer der Proteinsynthese

Die Wissenschaftler untersuchten genetisch modifizierte Pflanzen, die kein RAP bilden konnten. Dabei zeigte sich, dass das Protein wichtig ist, damit die genetische Information der Chloroplasten in Proteine übersetzt werden kann. RAP ist an der Reifung der sogenannten 16S rRNA beteiligt, die bei diesem Prozess eine wichtige Rolle spielt.

„Der Verlust von RAP führt zu einer verringerten Proteinsynthese in den Chloroplasten und somit zu einer weniger effizienten Photosynthese“, sagt Nickelsen. „Darüber hinaus konnten wir zum ersten Mal experimentell bestätigen, dass die rRNA-Prozessierung im Nukleoid stattfindet, einem DNA-RNA-Protein Komplex im Chloroplasten. Bisher wurde dies lediglich vermutet“.

Interessanterweise gibt es auch Studien, die das RAP-Protein mit der Abwehr von Schädlingen in Zusammenhang bringen. Dabei führte eine verminderte RAP-Menge zu einer erhöhten Schädlingsresistenz der Pflanze. „Unsere Ergebnisse können daher möglicherweise auch helfen, neue Erkenntnisse zur Rolle der Chloroplasten bei der Schädlingsabwehr zu gewinnen“, so Bohne.
(Plant Cell 2014) göd

Publikation:
RAP, the Sole Octotricopeptide Repeat Protein in Arabidopsis, is Required for Chloroplast 16S rRNA Maturation
Laura Kleinknecht, Fei Wang, Roland Stübe, Katrin Philippar, Jörg Nickelsen and
Alexandra-Viola Bohne
Plant Cell 2014
Doi: 10.1105/tpc.114.122853

Kontakt:
Prof. Dr. Jörg Nickelsen
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E-Mail: joerg.nickelsen@lrz.uni-muenchen.de