Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

“Pflanzenkino” zeigt den Fluss der Energie

18.07.2017

Ohne Sprit läuft nichts: Auch Pflanzen sind für Wachstum und Entwicklung auf Treibstoff angewiesen. In Lebewesen handelt es sich dabei um den universellen Energieträger Adenosintriphosphat (ATP). Ein internationales Forscherteam unter Federführung der Universität Bonn zeigt an lebenden Keimlingen, wie sich ATP in den unterschiedlichen Pflanzenteilen verhält und welchen Einfluss Stress darauf hat. Die Ergebnisse könnten potenziell Hinweise für die Züchtung resistenterer Sorten geben. Dieses „Pflanzenkino in Echtzeit“ stellt nun das Journal “eLIFE” vor.

Wenn bei einem Auto der Tank leer ist, bewegt es sich keinen Meter mehr. Genauso ergeht es Lebewesen – nur das sie nicht etwa Diesel oder Benzin brauchen, sondern Adenosintriphosphat (ATP). Dabei handelt es sich um ein chemisches Molekül, das universell und unmittelbar Energie bereitstellt. Dieses Prinzip funktioniert bei Menschen, Tieren und Pflanzen gleichermaßen: kein Leben, kein Wachstum, keine Entwicklung ohne ATP.


Die Gewebe eines Keimlings unterscheiden sich im ATP-Gehalt und reichen von hohen (rot) zur niedrigeren Werten (blau).

(c) Stephan Wagner


In der Anzuchtkammer (von links): Dr. Markus Schwarzländer, Valentina De Col und Dr. Stephan Wagner mit Exemplaren der Ackerschmalwand am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz.

(c) Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn

„Unsere Arbeit macht diese Energie sichtbar“, sagt Dr. Markus Schwarzländer, Leiter einer Emmy-Noether-Gruppe am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. „Und zwar in lebenden Pflanzen – vom kleinsten Zellorganell bis zum kompletten Keimling“, ergänzt sein Kollege Dr. Stephan Wagner.

Unter Federführung der beiden Biochemiker haben Wissenschaftler aus Deutschland, Italien, China, England und Dänemark einen innovativen Weg entwickelt, ATP im lebenden Organismus mit Hilfe eines fluoreszierenden Proteins sichtbar zu machen.

Hierfür nutzte das Team die Methode von Takeharu Nagai aus Osaka in Japan, mit der ATP an ein fluoreszierendes Protein einer Qualle bindet. Die japanischen Wissenschaftler haben diese Technik ursprünglich in Säugetieren entwickelt, die Forscher der Universität Bonn haben sie nun für die Nutzung an Pflanzen angepasst.

„Mit dieser Technologie wird es möglich, in Echtzeit zu verfolgen, wo wieviel ATP in lebenden Pflanzen vorliegt“, sagt Erstautorin Valentina De Col von der Universität Udine (Italien), die am INRES einen Forschungsaufenthalt im Rahmen ihrer Promotion absolviert hat.

Vom kleinsten Zellorganell bis zur ganzen Pflanze

Der universelle Energieträger ATP gilt als gut erforscht, allerdings handelte es sich bei den bisherigen Untersuchungen weitgehend um Momentaufnahmen. Ganze Pflanzen oder Teile davon wurden pulverisiert und darin die Menge an ATP bestimmt. „Das ist, wie wenn man ein Auto komplett zerlegt und anhand der einzelnen Teile nachvollziehen will, wie es funktioniert“, zieht Schwarzländer einen Vergleich. „Dagegen sieht man mit unserer Technologie der laufenden Maschine bei der Arbeit zu.“

Die „Maschine“ sind Keimlinge der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Die Wissenschaftler untersuchten mit ihrer Methode winzige Arabidopsis-Organellen wie etwa die Zellkraftwerke (Mitochondrien), genauso aber Organe wie Wurzeln oder sogar ganze Keimlinge am Mikroskop und mit einem Fluoreszenz-Analysegerät.

Anhaltspunkte für neue Züchtungen

Das „Pflanzenkino“ zeigte in Echtzeit die Verteilung der Energie. „Bei normaler Versorgung mit Wasser, Luft und Licht liegt in den Wurzeln weniger ATP vor als zum Beispiel in den grünen Blättern“, berichtet Wagner. Offenbar bilden sich an den Stätten der Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie auch mehr von den Energieträgern. Aber wie reagiert das ATP in Pflanzen unter Stress? Um diese Frage zu beantworten, setzten die Wissenschaftler die leuchtenden Arabidopsis-Keimlinge unter Wasser und schnitten sie damit von der lebenswichtigen Sauerstoffzufuhr ab.

„Dadurch kam die Produktion von ATP nicht sofort zum Erliegen, sondern verringerte sich stufenweise“, berichtet Schwarzländer. Es muss also unterschiedliche Anpassungsprozesse geben, mit der die Pflanze versucht, sich gegen den zunehmenden Sauerstoffmangel zu wappnen und ihren Energiehaushalt aufrecht zu erhalten.

„Eine entscheidende Frage ist nun, ob sich diese Schutzprogramme stimulieren lassen, um neue Pflanzensorten zu züchten, die besser mit Stress zurechtkommen“, verweist Schwarzländer auf die Chancen der neuen Technologie für weitergehende Forschungsarbeiten.

Mit der innovativen Methode ließe sich absehbar zum Beispiel auch untersuchen, wie Krankheitserreger in den Energiehaushalt von Pflanzen eingreifen und wie die Wohngemeinschaft zwischen Wurzeln und bestimmten Pilzen (Mykorrhiza) zum gegenseitigen Nutzen genau funktioniert.

Publikation: ATP sensing in living plant cells reveals tissue gradients and stress dynamics of energy physiology, Journal “eLIFE”, Internet: https://doi.org/10.7554/eLife.26770

Kontakt für die Medien:

Dr. Markus Schwarzländer
Plant Energy Biology Lab
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz
Universität Bonn
Tel. 0228/7354266
E-Mail: markus.schwarzlander@uni-bonn.de

Dr. Stephan Wagner
Plant Energy Biology Lab
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz
Universität Bonn
Tel. 0228/7354267
E-Mail: stephan.wagner@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Gut vorbereitet ist halb verdaut
16.11.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Übergangsmetallkomplexe: Gemischt geht's besser
16.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

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

Emulsionen masschneidern

15.11.2018 | Materialwissenschaften

LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit

15.11.2018 | Informationstechnologie

Daten „fühlen“ mit haptischen Displays

15.11.2018 | Energie und Elektrotechnik

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