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 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften