Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Ursprung der Photosynthese

14.06.2016

Deutsch-französisches Team entdeckt, dass die CO2-Fixierung in Pflanzen ein genetisches Mosaik ist

Die Umwandlung von Licht in chemische Energie, die Photosynthese, ist einer der wichtigsten biologischen Prozesse auf Erden. Photosynthese findet in den grünen Teilen von Pflanzen und Algen statt und bildet die Grundlage für die Ernährung von Pilzen, Tieren und Menschen.


Atomare Details der zwei Enzyme FBPase and SBPase. Quelle: Oliver Einsle/Universität Freiburg

Als weiteren positiven Effekt verringert sie die Konzentration des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Luft. Ein internationales Team mit den Freiburger Wissenschaftlern Prof. Dr. Oliver Einsle und Prof. Dr. Ralf Reski hat in einer Studie am Moos Physcomitrella patens die Struktur, Wirkweise und Abstammung von zwei Enzymen aufgeklärt, die von zentraler Bedeutung für die CO2-Fixierung sind.

Das Team hat gezeigt: Im Laufe der Evolution haben Gene aus allen drei Domänen des Lebens zur CO2-Fixierung in Pflanzen beigetragen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS) veröffentlicht.

Durch Photosynthese wandeln Pflanzen und Algen Solarenergie, also Sonnenlicht, in chemische Energie in Form von Stärke um. Bestimmte Enzyme, zu denen FBPase und SBPase gehören, sind von zentraler Bedeutung für diese Umwandlung, bei der das Treibhausgas CO2 zu immer komplexeren Zuckermolekülen bis hin zur Stärke aufgebaut wird.

Ist dieser Prozess der CO2-Fixierung effizient, wachsen Pflanzen schneller und liefern mehr Ertrag und somit auch mehr Nahrung für die Menschheit. Das internationale Forschungsteam mit den Freiburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat die molekulare Struktur der Enzyme FBPase und SBPase entschlüsselt und anhand von genetischen sowie biochemischen Daten aufgedeckt, wie sie wirken und welchen Ursprung ihre Gene haben.

Obwohl beide aus Moospflanzen isolierte Enzyme sich in ihrer Wirkungsweise ähneln, stammen sie von Vorläufern anderer Lebewesen ab, die sogar zu anderen Domänen des Lebens gehören. Eines der beiden Gene, die die Bauweise für die Enzyme speichern, stammt aus Alpha-Proteobakterien, das andere aus Archaeen – einzellige Organismen, die selbst keine Photosynthese oder CO2-Fixierung betreiben.

Beide Gene wurden im Laufe der Evolution in Pflanzen, die zu den Eukaryonten –Lebewesen mit Zellkern – zählen, zweckentfremdet und optimiert. Damit sind Photosynthese und CO2-Fixierung genetische Mosaike aus den drei bekannten Domänen des Lebens: Bakterien, Archaeen und Eukaryonten.

Die Erstautorin der Studie ist die Doktorandin Desirée Gütle, die im Rahmen einer co-tutelle, einem Promotionsverfahren in zwei Ländern, in Nancy/Frankreich und in Freiburg forscht und durch die Freiburger Spemann Graduate School of Biology and Medicine (SGBM) unterstützt wird. Initiatoren der Studie sind Prof. Jean-Pierre Jacquot aus Nancy und Prof. Bob Buchanan, die vor vierzig Jahren an der University of California in Berkeley/USA begannen, die Enzyme FBPase und SBPase zu erforschen.

Im Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) kam die Zusammenarbeit mit den Freiburger Forscherinnen und Forschern zustande. „Manchmal dauert es eben vierzig Jahre, bis man ein biologisches Rätsel gelöst hat“, sagt Jacquot, der wiederholt als Gastwissenschaftler am FRIAS und in der Arbeitsgruppe von Ralf Reski forscht. „Das Moss Physcomitrella patens hat sich erneut als perfekter Modellorganismus erwiesen, um eine grundlegende Frage der Biologie zu beantworten“, erklärt Reski. „Da die beiden untersuchten Enzyme wichtig für den Pflanzenertrag sind, können unsere Ergebnisse Bedeutung für die Pflanzenzüchtung haben.“

Oliver Einsle leitet die Arbeitsgruppe Membran- und Metalloproteine am Institut für Biochemie der Fakultät für Chemie und Pharmazie. Ralf Reski ist Professor für Pflanzenbiotechnologie an der Fakultät für Biologie. Einsle und Reski sind Mitglieder des Freiburger Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies.

Originalpublikation:
Desirée D. Gütle, Thomas Roret, Stefanie J. Mueller, Jérémy Couturier, Stéphane D. Lemaire, Arnaud Hecker, Tiphaine Dhalleine, Bob B. Buchanan, Ralf Reski, Oliver Einsle, Jean-Pierre Jacquot (2016): Chloroplast FBPase and SPBase are thioredoxin-linked enzymes with similar architecture but different evolutionary histories. Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), DOI: 10.1073/pnas.1606241113.

Kontakt:
Prof. Dr. Ralf Reski
Fakultät für Biologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-6968
E-Mail: pbt@biologie.uni-freiburg.de
Homepage: www.plant-biotech.net

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-06-14.92

Rudolf-Werner Dreier | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme
21.08.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht In Form gebracht
21.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics