Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was Pflanzen gegen Burnout tun

02.09.2015

Ein molekularer Schalter reguliert Anpassung des Stoffwechsels an Stress und Energiemangel

Die biochemischen Vorgänge des Stoffwechsels dienen dem Aufbau und dem Erhalt von Substanz in Organismen. In diesem Prozess spielt auch der Energieverbrauch eine erhebliche Rolle. Markus Teige, Biochemiker der Universität Wien, und sein Team haben in einer aktuellen Studie die Rolle des Proteins "bZIP63" in diesem Vorgang untersucht. Die Ergebnisse sind kürzlich im Fachmagazin "eLife" erschienen.


Modell der veränderten DNA-Bindung durch bZIP63 nach Phosphorylierung (oben) und Phänotyp von bzip63 ko Mutanten.

Copyright: Markus Teige, Universität Wien

Alle Organismen müssen ihren Stoffwechsel ständig an sich ändernde Umweltbedingungen anpassen. Ein zentraler Punkt ist dabei, den Energieverbrauch mit den Erfordernissen von Wachstum und Reproduktion auf der einen Seite und mit Stressantworten auf der anderen Seite auszubalancieren. In allen höheren Organismen wird dieser Prozess durch eine Proteinkinase reguliert.

Das ist ein Enzym, welches andere Proteine mit einer Phosphatgruppe modifiziert, was oft zu Änderungen in deren Aktivität führen kann. In Tieren wird diese Kinase durch das Stoffwechselprodukt AMP aktiviert – daher AMP-abhängige Kinase - welches unter Energiemangel gebildet wird. In Pflanzen wird ein äquivalentes (orthologes) Enzym, die SnRK1, ebenfalls unter Energiemangel (z.B. kein Zucker verfügbar) aktiviert.

Pflanzen regulieren den Stoffwechsel in Abhängigkeit der verfügbaren Energie – zum Beispiel in Form von Zucker – und stellen damit sicher, dass eine ausgewogene Balance zwischen Wachstum und Stressantwort hergestellt wird. Die SnRK1-Kinase kann in Pflanzen das Gleichgewicht auf zwei prinzipielle Arten erreichen: entweder durch eine direkte Regulierung (Phosphorylierung) von Enzymaktivitäten im Stoffwechsel oder durch eine Veränderung der Genexpression.

Es wurde schon länger spekuliert, dass SnRK1 die zweite Variante durch das Anhängen einer Phosphatgruppe an ein organisches Molekül, wie etwa ein Protein, erreicht, wodurch letztlich die Umsetzung der genetischen Information reguliert wird. Bislang war aber nicht klar, welche dieser Faktoren das sind. "SnRK1 funktioniert in der Zelle als Kinase, was bedeutet, dass sie Phosphatgruppen an andere Proteine hängen kann und diese dadurch in ihrer Aktivität regulieren", erklärt Markus Teige, Biochemiker an der Universität Wien. Da diese Phosphatgruppen nicht nur relativ groß, sondern auch noch stark negativ geladen sind, kann so eine Modifizierung die Interaktion mit anderen Molekülen stark beeinflussen.

In ihrer aktuellen Studie haben WissenschafterInnen vom Department für Ökogenomik und Systembiologie der Universität Wien die Rolle von bZIP63 – ein Protein, das für die Transkription der genetischen Information von Bedeutung ist – während eines Energiemangels in der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Die Experimente haben gezeigt, dass das Protein hierfür ein wichtiger Schlüsselregulator ist. Dabei wird die Aktivität durch die SnRK1-Modifikation geregelt, welche bZIP63 an drei bestimmten Stellen abändert.

Dies verstärkt die Interaktion mit anderen bZIP-Faktoren und ändert die Genexpression und damit letztendlich den Stoffwechsel. "Pflanzen, in denen das bZIP63-Protein fehlt oder nicht übertragen werden kann, zeigen eine irreguläre Reaktion auf Energiemangel", erklärt Teige. So bleiben diese etwa nach mehreren Tagen in der Dunkelheit grün – im Gegensatz zu "normalen" (also typischen Wildpflanzen), die unter diesen Bedingungen vergilben. Im Gegensatz dazu führt Energiemangel bei Pflanzen, die mehr bZIP63-Protein enthalten, zu einer schnelleren Vergilbung unter Energiemangel, die aber durch Zugabe von Zucker wieder aufgehoben werden kann. "Diese bZIP-Proteine kommen ebenso in Tieren vor und es wird eine der zukünftigen Herausforderungen sein festzustellen, ob sie dort die gleiche Rolle in der Stressanpassung spielen", so Teige abschließend.

Publikation in "eLife":
Mair A, Pedrotti L, Wurzinger B, Anrather D, Simeunovic A, Weiste C, Valerio C, Dietrich K, Kirchler T, Nägele T, Vicente Carbajosa J, Hanson J, Baena-González E, Chaban C, Weckwerth W, Dröge-Laser W, Teige M. (2015) SnRK1-triggered switch of bZIP63 dimerization mediates the low-energy response in plants. Elife. 4. DOI: 10.7554/eLife.05828.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Markus Teige
Department für Ökogenomik und Systembiologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14
T + 43-1-4277-76530
markus.teige@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Stephan Brodicky
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 41
stephan.brodicky@univie.ac.at

Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.700 MitarbeiterInnen, davon 6.900 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 92.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://univie.ac.at

1365 gegründet, feiert die Alma Mater Rudolphina Vindobonensis im Jahr 2015 ihr 650-jähriges Gründungsjubiläum mit einem vielfältigen Jahresprogramm – unterstützt von zahlreichen Sponsoren und Kooperationspartnern. Die Universität Wien bedankt sich dafür bei ihren KooperationspartnerInnen, insbesondere bei: Österreichische Post AG, Raiffeisen NÖ-Wien, Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft, Stadt Wien, Industriellenvereinigung, Erste Bank, Vienna Insurance Group, voestalpine, ÖBB Holding AG, Bundesimmobiliengesellschaft, Mondi. Medienpartner sind: ORF, Die Presse, Der Standard.

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie