Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

So kommt der Zucker in die Rübe

08.01.2015

Wie entsteht der hohe Zuckergehalt von Zuckerrüben? Diese bislang ungelöste Frage ist jetzt geklärt: Forschungsteams aus Deutschland haben den Zucker-Transporter entdeckt, der dafür verantwortlich ist. Für die Züchtung verbesserter Sorten ist das ein kräftiger Impuls.

Mit Zuckerrüben (Beta vulgaris) wird ein großer Teil des Weltzuckerbedarfs gedeckt. Die üppigen Knollen sind zudem für die Produktion von Bioethanol als Energiequelle bedeutsam.


Aus Sonne, Kohlendioxid und Wasser wird in grünen Pflanzenblättern der Zucker Saccharose. Zuckerrüben speichern den süßen Stoff in ihrer Knolle.

(Zeichnung: Irina Yurchenko)

„Ursprünglich wurde die Zuckerrübe als Blattgemüse genutzt“ sagt Professor Rainer Hedrich, Pflanzenwissenschaftler von der Universität Würzburg. Doch den Europäern sei es seit dem späten 18. Jahrhundert gelungen, eine wahre Zuckerfabrik aus ihr zu züchten: „Bei unseren Hochleistungszuckerrüben kommen auf zehn Kilogramm Rübe bis zu 2,3 Kilo Zucker.“ Doch bis vor kurzem war unklar, nach welchen Prinzipien die Zuckerspeicherung in den Rüben vor sich geht.

Spezifischen Transporter entdeckt

Diese Frage hat Hedrichs Gruppe jetzt mit Wissenschaftlern der Universitäten Erlangen, Kaiserslautern und Köln sowie mit Teams der KWS Saat AG und der Südzucker AG geklärt: Die Rübenzellen häufen den Zucker in Form von Saccharose in speziellen Saftspeichern an, den so genannten Vakuolen. Dorthin gelangt der süße Stoff über ein Transportprotein namens BvTST2.1, das auf Saccharose spezialisiert ist.

Diesen Transporter haben die Forscher nun entdeckt und molekular charakterisiert: „Unsere neuen Erkenntnisse könnten zu Zuckerrüben, Zuckerrohr oder anderen Pflanzen mit noch höherem Zuckergehalt führen – wenn man züchterisch dafür sorgt, dass die Menge der Transporter in den Pflanzen erhöht ist“, meinen sie. Diese Forschungsergebnisse sind in der renommierten Wissenschaftszeitschrift „Nature Plants“ präsentiert. Finanziell gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF.

Welche Experimente zum Erfolg führten

Wie ist das Forschungsteam zu seinen Erkenntnisse gelangt? Zunächst hat es das Entwicklungsstadium bestimmt, in dem die Rübe auf Zuckerspeicherung schaltet. Es folgte die Ermittlung der Proteine, die in der Speicherphase vermehrt gebildet werden. Mit Genom-Datenbanken ließen sich dann die Gene bestimmen, die als potenzielle Zuckertransporter in Frage kommen.

Dabei schälte sich ein „Hauptverdächtiger“ heraus, das Transportprotein BvTST2.1. Wie aber feststellen, ob dieser Transporter tatsächlich Saccharose in die Vakuole verfrachten kann? Hier war das biophysikalische Fachwissen von Hedrichs Team gefragt: „Wir haben die Tatsache genutzt, dass Blattzellen das Transportprotein der Zuckerrüben-Vakuole nicht herstellen. Also haben wir das Rüben-Transporter-Gen bvtst2.1 in die Blattzellen gebracht, deren Vakuolen isoliert und dann gemessen, ob und wie das Rübenprotein Zucker transportiert“, erklärt der Professor.

Mit der Patch-Clamp-Technik konnten die Forscher zeigen, dass der Rüben-Transporter selektiv Saccharose in die Vakuole leitet und im Gegentausch Protonen aus der Vakuole hinausbefördert. Dieser Kopplung ist es letztendlich zu verdanken, dass sich der Zucker in den Rübenvakuolen anhäufen und dort Spitzenkonzentrationen von 23 Prozent erreichen kann.

Was sich mit dem neuen Wissen anfangen lässt

Um Zuckerrüben im Hinblick auf die Zuckerspeicherung weiter zu verbessern, muss der BvTST2.1-Transporter als nächstes auf den Prüfstand – also in die Zuckerrübe selbst: Im Labor müssen Zuckerrüben hergestellt werden, die unterschiedliche Mengen des Transporters enthalten. Dann gilt es zu beobachten, welche Auswirkungen die Transporter-Dosis auf den Zuckergehalt der Rübe hat.

„Findet man das vermutete Prinzip bestätigt, kann man Rüben auf einen erhöhten Transporter-Gehalt hin züchten“, so Hedrich. Das könnte schließlich eine neue Generation von Rüben liefern, die noch mehr Zucker speichern oder die schon früher im Jahr mit der Zuckerspeicherung loslegen.

„Identification of transporter responsible for sucrose accumulation in sugar beet taproots”, Benjamin Jung, Frank Ludewig, Alexander Schulz, Garvin Meißner, Nicole Wöstefeld, Ulf-Ingo Flügge, Benjamin Pommerrenig, Petra Wirsching, Norbert Sauer, Wolfgang Koch, Frederik Sommer, Timo Mühlhaus, Michael Schroda, Tracey Ann Cuin, Dorothea Graus, Irene Marten, Rainer Hedrich, and H. Ekkehard Neuhaus, Nature Plants, 8. Januar 2015, DOI: 10.1038/nplants.2014.1

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik, Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen:

http://www.bot1.biozentrum.uni-wuerzburg.de/ Zur Homepage von Prof. Hedrich

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: 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,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

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

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

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

27.04.2017 | Informationstechnologie