Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenforschung: Nanodomänen sichtbar gemacht

30.04.2013
Bei Trockenheit kommt es in bestimmten Arealen der pflanzlichen Zellmembran zu deutlichen Veränderungen. Erstmals haben Wissenschaftler diese Areale – Nanodomänen genannt – unter dem Mikroskop sichtbar gemacht und ihre Veränderung analysiert.
Pflanzen sind in der Regel im Boden festgewurzelt und können ihren Standort nicht schnell mal wechseln, wenn es ihnen zu trocken oder in anderer Hinsicht ungemütlich wird. Darum müssen sie sehr aufmerksam auf ihre Umwelt reagieren.

Unter guten Bedingungen nimmt die Wurzel Nährstoffe und das Lebenselixier Wasser auf. Oberirdisch richtet sich der Spross auf die aktuellen Lichtverhältnisse ein, betreibt Photosynthese und stellt Bausteine für Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung her.

Bei Stress schalten die Pflanzen dieses Standardprogramm um und stellen ihr Überleben in den Vordergrund. Sie müssen dazu Stressfaktoren wie Hitze, Trockenheit oder Krankheitserreger wahrnehmen und richtig darauf reagieren. Das schaffen sie über Sensoren, die mit einem jeweils spezifischen Netzwerk verbunden sind.

Verdrahtete Plattformen in den Membranen

„Man stellt sich das heute so vor, dass die Hüllmembranen der Zellen viele winzige Plattformen enthalten, in denen bestimmte Signalproteine miteinander in Wechselwirkung treten. Die Plattformen sind zu einem gewissen Grad miteinander vorverdrahtet. Je nach Signal werden sie dann umgestaltet“, erklärt die Pflanzenwissenschaftlerin Dr. Ines Kreuzer von der Universität Würzburg. Weil die Plattformen in den Membranen so winzig sind, heißen sie auch Nanodomänen.

Umgestaltung der Nanodomänen beobachtet

Wie Kreuzers Forschungsgruppe in der Zeitschrift PNAS berichtet, konnte sie erstmals zeigen, dass die Komponenten des Trockenstress-Signalwegs derartige Nanodomänen besetzen. In Kooperation mit Professor Gregory Harms von der Wilkes University in Pennsylvania (USA) gelang es außerdem, die Veränderung der Domänenzusammensetzung durch das Welkehormon Abscisinsäure (ABA) unter dem Laser-Mikroskop zu verfolgen.

Mit dem Hormon ABA werden Änderungen im Wasserstatus zwischen verschiedenen Teilen der Pflanzen weitergemeldet. Bei Trockenheit sorgen hohe ABA-Spiegel dafür, dass die Pflanze ihren Wasserverlust so gering wie möglich hält.

Mehrere Signalproteine beteiligt

In den Nanodomänen hat das Team um die Würzburger Nachwuchswissenschaftlerin mehrere Signalproteine als Hauptkomponenten des ABA-Signalwegs bestimmt. Kreuzer: „Es handelt sich um den Ionenkanal SLAH3, der durch die Proteinkinase CPK21 angeschaltet wird. Diese Kinase steht unter der Kontrolle der Proteinphosphatase ABI1. Sobald der Rezeptor das Welkehormon erkennt, schaltet er die Phosphatase ab und schickt die Kinase los, um den Ionenkanal zu aktivieren. Dessen Öffnung setzt nun das Signal ‚Wassermangel‘ in einen Ionenfluss um, also in eine elektrische Antwort.“

Phosphatase als „Türsteher“

Die Nanodomänen seien bei diesem Prozess quasi der „Versammlungsort“, an dem sich die beiden Reaktionspartner treffen können. Fehlt das Trockenstress-Hormon ABA, sorgt die Phosphatase dafür, dass der Ionenkanal und die Kinase die Membrandomänen nicht mehr betreten können – die zelluläre Antwort unterbleibt. „Die Weiterverarbeitung des Hormonsignals wird offensichtlich dadurch reguliert, dass bestimmte Proteine Zutritt zu speziellen Membranbereichen haben oder nicht, wobei die Phosphatase die Funktion eines ‚Türstehers‘ zu haben scheint“, so Kreuzers Fazit.

Nächste Schritte der Forschung

Weitere Untersuchungen sollen nun zeigen, wie das Geschehen in den Nanodomänen auf den Zellkern ausstrahlt. Denkbar ist, dass dort Trockentoleranz-Gene angeschaltet werden, die das Überleben der Pflanze auch bei Wassermangel sichern.

Ines Kreuzer forscht mit ihrer Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Botanik I – Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Universität Würzburg, der von Professor Rainer Hedrich geleitet wird. Ihre Untersuchungen werden im Graduiertenkolleg 1342 der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert.

Arabidopsis nanodomain-delimited ABA signaling pathway regulates the anion channel SLAH3. Fatih Demir, Claudia Horntrich, Jörg O. Blachutzik, Sönke Scherzer, Yvonne Reinders, Sylwia Kierszniowska, Waltraud X. Schulze, Gregory S. Harms, Rainer Hedrich, Dietmar Geiger, Ines Kreuzer, PNAS, 29. April 2013, doi 10.1073/pnas.1211667110

Kontakt

Dr. Ines Kreuzer, Lehrstuhl für Botanik I – Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik, Universität Würzburg, T (0931) 31-86103, ifuchs@botanik.uni-wuerzburg.de

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

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Beleuchtung von Höhlen vertreibt Fledermäuse – die Farbe des Lichts spielt nur untergeordnete Rolle
11.12.2019 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Molekulare Milch-Mayonnaise: Wie Mundgefühl und mikroskopische Eigenschaften bei Mayonnaise zusammenhängen
11.12.2019 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Im Focus: Ultrafast stimulated emission microscopy of single nanocrystals in Science

The ability to investigate the dynamics of single particle at the nano-scale and femtosecond level remained an unfathomed dream for years. It was not until the dawn of the 21st century that nanotechnology and femtoscience gradually merged together and the first ultrafast microscopy of individual quantum dots (QDs) and molecules was accomplished.

Ultrafast microscopy studies entirely rely on detecting nanoparticles or single molecules with luminescence techniques, which require efficient emitters to...

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Im Focus: How to induce magnetism in graphene

Graphene, a two-dimensional structure made of carbon, is a material with excellent mechanical, electronic and optical properties. However, it did not seem suitable for magnetic applications. Together with international partners, Empa researchers have now succeeded in synthesizing a unique nanographene predicted in the 1970s, which conclusively demonstrates that carbon in very specific forms has magnetic properties that could permit future spintronic applications. The results have just been published in the renowned journal Nature Nanotechnology.

Depending on the shape and orientation of their edges, graphene nanostructures (also known as nanographenes) can have very different properties – for example,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

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

Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

11.12.2019 | Physik Astronomie

Grönlands Eispanzer schrumpft immer schneller – Geodäten der TUD werten Satellitendaten für internationale Studie aus

11.12.2019 | Geowissenschaften

Sensoraufkleber überwacht Lebensmittelproduktion

11.12.2019 | Informationstechnologie

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