Phosphatase ermöglicht das Wachstum von Schösslingen

Wenn ein pflanzlicher Embryo keimt, wachsen seine Zellen in die Länge, bis er das Licht an der Erdoberfläche erreicht. Diese Besonderheit im Wachstum zielt darauf ab, die Photosynthese starten zu können, bevor der Energievorrat des Keimlings aufgebraucht ist. Biologen berichten nun im Fachmagazin PloS Genetics, wie Pflanzen diesen Mechanismus regulieren.

Der gasförmige Botenstoff Ethylen beeinflusst zahlreiche Prozesse in Pflanzen. Unter anderem hat Ethylen Einfluss auf das Keimwachstum, die Fruchtreife und spielt eine zentrale Rolle bei der Abwehr von Pathogenen. Normalerweise wird ein übermäßiges Wachstum der pflanzlichen Zelle durch Ethylen gehemmt. Die Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass in der Keimphase der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) das Enzym Proteinphosphatase 2A (PP2A) dabei eine Schlüsselrolle einnimmt. PP2A existiert in allen Lebewesen und hat die generelle Aufgabe, Proteine zu dephosphorylieren.

Durch die Abspaltung von Phosphatgruppen an Proteinen oder Nukleinsäuren, wird deren Funktion beeinflusst. Da eine Phosphatgruppe eine polare Ladung besitzt, führen Phosphorylierung und Dephosphorelierung zu Konformationsänderungen. Durch diese räumliche Änderung der Struktur des Moleküls entstehen funktionell verschiedene Formen, eine aktivierte oder eine deaktivierte. Die Gegenspieler der Phosphatasen werden als Kinasen bezeichnet.

In der Ackerschmalwand unterdrückt das Enzym PP2A die Aktivität des Proteins ACS6, das die Pflanze benötigt, um Ethylen zu bilden. So bleibt der Ethylenlevel in der Zelle niedrig. In ihrem Experiment bildeten Pflanzen ohne PP2A-Gen deutlich kürzere Schösslinge aus, wenn sie in Petrischalen im Dunkeln wuchsen – der Analogie zum Wachstum im Boden.

Die Forscher machten noch eine unerwartete Entdeckung: PP2A steigert die Produktion einer anderen Klasse von ACS-Proteinen. Diese Proteine halten einen Basislevel von Ethylen in den Zellen aufrecht, was für andere Wachstumsphasen essenziell ist. Für genau diese späteren Wachstumsphasen wollen die Wissenschaftler nun untersuchen, wie sich das Proteinnetzwerk weiter verhält.

Quelle:

Kyle R. Skottke et al. „Protein Phosphatase 2A Controls Ethylene Biosynthesis by Differentially Regulating the Turnover of ACC Synthase Isoforms”; PLoS Genetics: Research Article, published 21 April 2011 (Abstract).