Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wurzelsymbiose - Enge Freundschaft mit Kontrolle

30.03.2016

Die Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen verschafft Pflanzen einen besseren Zugang zu knappen Ressourcen. LMU-Forscher haben nun einen Mechanismus entdeckt, mit dem die Pflanze möglicherweise steuern kann, wie eng die Symbiose ist.

Von Getreidepflanzen bis zum Baum: Mehr als 80 Prozent aller Landpflanzen leben in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen. Die Pilze nehmen anorganische Nährstoffe – vor allem Phosphat – aus dem Boden auf und stellen sie den Pflanzen zur Verfügung.


Bäumchenförmige Arbuskel in Wurzelzellen, gefärbt mit einem Fluoreszenzfarbstoff. Skala = 25 µm. Foto: Priya Pimprikar

Im Gegenzug versorgen Pflanzen die Pilze mit energiereichen Kohlenhydraten. Diese Symbiose ist schon vor über 400 Millionen Jahren entstanden und für viele Pflanzen lebenswichtig. Damit die Nährstoffübergabe funktioniert, dringen Pilzhyphen in die Wurzelzellen ein und bilden dort bäumchenartige Strukturen, die Arbuskeln (lat. Arbuscula = Bäumchen). Die Arbuskeln entlassen Mineralstoffe in die Pflanzenzelle.

„Die Ausbildung dieser ,Alien-Strukturen‘ innerhalb der Pflanzenzelle erfordert eine regulatorische und metabolische Meisterleistung von der Pflanze“, sagt die LMU-Biologin Caroline Gutjahr, die mit ihrem Team nun eine zentrale Schaltstelle für diesen Prozess identifizieren konnte. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachjournal Current Biology.

Wie stark der Pilz die Wurzeln besiedelt, hängt vom physiologischen Zustand der Pflanze ab, unter anderem von ihrem tatsächlichen Nährstoffbedarf: Bei guter Phosphatversorgung etwa wird die Arbuskelbildung gehemmt. „Es war aber bisher noch kein molekularer Mechanismus bekannt, der das Ausmaß der Arbuskelbildung mit den physiologischen Bedürfnissen der Pflanze verknüpfen könnte“, sagt Gutjahr.

Molekulare Schaltstelle

Um den Mechanismus der Arbuskelbildung besser zu verstehen, untersuchten die Wissenschaftler eine Mutante der Pflanze Lotus japonicus, eines unter anderem mit Bohnen, Erbsen und Linsen verwandten Kleegewächses, deren Arbuskelbildung gestört ist. „In dieser Pflanze entdeckten wir eine Mutation des Gens RAM1, das für die Aktivierung von Genen und somit für die Umsetzung genetischer Informationen in Boten-RNA verantwortlich ist, die anschließend in Proteine übersetzt wird“, sagt Gutjahr. „Die resultierenden Proteine sind dann wahrscheinlich sehr wichtig für die Ausführung der Arbuskelbildung in der Pflanzenzelle. Die Entschlüsselung ihrer Funktion werden wir uns in zukünftigen Forschungsprojekten vornehmen.“

Während der Arbuskelbildung wird das RAM1 Gen selbst sehr stark aktiviert, daher sind die Mechanismen dieser Aktivierung sehr interessant. Wie die Wissenschaftler entdeckten, sind an der Aktivierung gleich zwei regulatorische Proteine beteiligt: Zum einen ist es der Transkriptionsfaktor CYCLOPS, von dem sie bereits wussten, dass er eine Schlüsselrolle bei der Regulation von Wurzelsymbiosen spielt.

Das andere Protein namens DELLA war bisher nur aus anderen Zusammenhängen bekannt, und zwar als wichtiger Faktor in der Signalkette des Pflanzenhormons Gibberellin, in der es für die Regulation von Physiologie und Wachstum der Pflanze essenziell ist. „Erstaunlicherweise interagieren die beiden Proteine CYCLOPS und DELLA bei der Aktivierung von RAM1 sogar direkt“, sagt Prijya Pimprikar, Doktorandin in Gutjahrs Team und Erstautorin der Studie.

„Wir gehen davon aus, dass wir mit dieser Interaktion erstmals eine zentrale Schaltstelle gefunden haben, an der Informationen zur Symbiose und zur Physiologie der Pflanze direkt zusammenlaufen, sodass die Pflanze die Menge der Wurzelbesiedlung durch den Pilz an ihre physiologischen Bedürfnissen zum Beispiel den Nährstoffbedarf anpassen kann“, ergänzt Gutjahr.

Knappe Ressourcen einsparen

Die Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen ist auch aus ökonomischer und ökologischer Sicht interessant, denn auf intensiv landwirtschaftlich genutzten Flächen werden jedes Jahr große Mengen Kunstdünger eingesetzt. Dieser Dünger enthält mineralisches Phosphat, eine endliche Ressource, die Voraussagen zufolge bereits innerhalb des nächsten Jahrhunderts zur Neige gehen könnte. „Die arbuskuläre Mykorrhiza kann helfen, Phosphatdünger einzusparen“, sagt Gutjahr. „Ein besseres Verständnis der Mechanismen der Arbuskelbildung ist dabei eine wichtige Voraussetzung, um die Effizienz dieser Symbiose durch pflanzenzüchterische Maßnahmen zu steigern.“

Publikation:
A CCaMK-CYCLOPS-DELLA complex activates transcription of RAM1 to regulate arbuscule branching
Priya Pimprikar, Samy Carbonnel, Michael Paries, Katja Katzer, Verena Klingl, Monica Bohmer, Leonhard Karl, Daniela S. Floss, Maria J. Harrison, Martin Parniske, Caroline Gutjahr
Current Biology 2016
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.01.069

Kontakt:
Dr. Caroline Gutjahr
Emmy Noether Forschungsgruppe: Entwicklungsbiologie der arbuskulären Mykorrhiza
Fakultät für Biologie - Genetik
LMU München
Tel.: +49 (0)89 / 2180-74740
Fax: +49 (0)89 / 2180-74702
E-Mail: caroline.gutjahr@lmu.de

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Goldkugel im goldenen Käfig
21.03.2019 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Wichtiger Mechanismus der Antigenpräsentation in Wächterzellen des Immunsystems enträtselt
21.03.2019 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

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: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Im Focus: Wichtiger Mechanismus der Antigenpräsentation in Wächterzellen des Immunsystems enträtselt

TWINCORE-Forscher entschlüsseln, wie der Transport von Antigenfragmenten auf die Oberfläche von Immunzellen des Menschen reguliert wird

Dendritische Zellen sind die Wächter unserer Immunabwehr. Sie lauern fremden Eindringlingen auf, schlucken sie, zerlegen sie in Bruchstücke und präsentieren...

Im Focus: Selbstheilender Lack aus Maisstärke lässt kleine Kratzer durch Wärme verschwinden

Ein neuer Lack aus Maisstärke ist wegen der besonderen Anordnung seiner Moleküle in der Lage, durch Wärme kleine Kratzer von selbst zu reparieren: Die Vernetzung über ringförmige Moleküle macht das Material beweglich, sodass es die Kratzer ausgleicht und diese wieder verschwinden.

Oberflächliche Mikrokratzer in der Autokarosserie oder auf anderen Hochglanzoberflächen sind harmlos, aber ärgerlich. Gerade im Luxussegment zeichnen sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Magnetische Mikroboote

21.03.2019 | Physik Astronomie

Protein BRCA1 als Stress-Coach

21.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Möglicher Ur-Stoffwechsel in Bakterien entdeckt

21.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

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