Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Protein RAP2.12 zeigt Pflanzen den Sauerstoffgehalt der Umgebung an

24.10.2011
Pflanzen brauchen zum Wachsen Wasser, doch jeder Hobbygärtner weiß, dass man es mit dem Gießen auch übertreiben kann.

Bei Überschwemmung können die Pflanzen nicht mehr genug Sauerstoff aufnehmen, den sie dringend für ihre Zellatmung benötigen. Auf diesen Sauerstoffmangelzustand antwortet die Pflanze mit der Aktivierung bestimmter Gene, die ihr helfen, den Stress besser zu bewältigen.

Bisher war ungeklärt, über welchen Mechanismus Pflanzen die Sauerstoffkonzentration messen. Neueste Experimente zeigen, dass sich ein Transkriptionsfaktor, also ein Protein, welches Gene aktivieren kann, bei Sauerstoffmangel von der Zellmembran löst, im Zellkern anreichert und dort Stressantwortgene aktiviert.

Obwohl Pflanzen über die Fotosynthese in der Lage sind Sauerstoff zu produzieren, sind sie bei Dunkelheit genauso auf externen Sauerstoff für ihre Zellatmung angewiesen wie Menschen und Tiere. Sind die Pflanzen von der Sauerstoffzufuhr abgeschnitten, zum Beispiel in Folge von Überflutung, wird die Energie in den Zellen knapp und die Pflanze muss sich diesen veränderten Bedingungen anpassen. Bisher wusste man wenig über die Art und Weise, wie Organismen den Sauerstoffgehalt in ihrer Umgebung bestimmen.

Neusten Erkenntnissen zufolge steht bei Pflanzen das Protein RAP2.12 im Mittelpunkt dieses Mechanismus. Es besitzt die Fähigkeit, an bestimmte DNA-Regionen zu binden und somit das Ablesen von Genen zu aktivieren. Die Forscher beobachteten, dass Pflanzen, die eine Überexpression von RAP2.12 zeigen sich auch besser von Überflutungsereignissen erholen.

Besonders wichtig scheint dabei der sogenannte N-Terminus des Proteins, also der Anfang der Aminosäurekette zu sein. Wird dieser Anfang durch Anfügen oder Abspalten von Aminosäuren verändert, so verschlechtert sich die Reaktion der Pflanzen auf Sauerstoffmangel. Unter normalen Bedingungen befindet sich RAP2.12 in der Zellmembran. Unter Sauerstoffmangel löst sich das Protein von der Membran und reichert sich im Zellkern an, wo es seiner Aufgabe als Transkriptionsfaktor nachkommt und bestimmte Gene aktiviert. Wenn die Pflanze wieder ausreichend Sauerstoff zur Verfügung hat, wird RAP2.12 schnell abgebaut, damit auch das Ablesen der Stressantwortgene zum Erliegen kommt. Bei Pflanzen, die ein am N-Terminus modifiziertes RAP2.12 bildeten, hält sich das Protein bereits unter normalen Sauerstoffkonzentrationen teilweise im Zellkern auf und reichert sich bei Sauerstoffmangel dort an. Bei einer erneut erhöhten Sauerstoffkonzentration wird es jedoch nicht wieder abgebaut.

Doch immer noch war ungeklärt, über welchen Mechanismus RAP2.12 auf unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen reagiert. Forscher vom Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie haben gemeinsam mit Kollegen aus Italien und den Niederlanden herausgefunden, dass dafür die sogenannte N-End Regel verantwortlich ist. „Gemäß der N-End Regel bestimmt die erste Aminosäure eines Proteins dessen Lebensdauer“ erklärt Arbeitsgruppenleiter Joost van Dongen, „es gibt stabilisierende und destabilisierende Aminosäuren“. Cystein, die erste Aminosäure von RAP2.12, gehört zu den destabilisierenden Aminosäuren – allerdings nur, wenn Sauerstoff vorhanden ist.

Bei Sauerstoffmangel erhöht sich die Lebensdauer von RAP2.12, es akkumuliert, kann sich von der Zellmembran in den Zellkern bewegen und dort die Stressantwortgene aktivieren. Kehrt der Sauerstoffgehalt in der Umgebung auf normale Werte zurück, wird RAP2.12 innerhalb von einer Stunde abgebaut. „Unsere Entdeckung von RAP2.12 als zentralem Messmolekül eröffnet interessante Möglichkeiten, in Zukunft die Toleranz von Feldfrüchten gegenüber Überschwemmungen zu erhöhen“ so van Dongen weiter. Immerhin ist rund zehn Prozent der Ackerfläche weltweit von zeitweiser Überschwemmung betroffen.

Ursula Ross-Stitt | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpimp-golm.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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