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Mittwoch, 18.10.2017
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Protein bringt Pflanzen in „Wassersparmodus”

Entscheidendes Bindeglied zwischen Hormon und Trockenstress-Reaktion der Pflanze entdeckt

Ähnlich wie das Adrenalin, das unseren Körper bei Stress zu Höchstleistungen anfeuert, sorgt auch bei Pflanzen ein Hormon dafür, dass sie Trockenstress widerstehen. Wie Wissenschaftler herausfanden, liegt der Schlüssel zur Trockenresistenz in der Interaktion des Pflanzenhormons Abcisinsäure (ABA) mit einem speziellen Protein. Diese jetzt in „Nature“ veröffentlichte Erkenntnis könnte neue Ansätze für die Entwicklung von an Dürre angepassten Pflanzensorten liefern.
Pflanzen ohne blockierten Stoffwechselweg kommen besser mit Wassermangel klar (rechts)

Pflanzen ohne blockierten Stoffwechselweg kommen besser mit Wassermangel klar (rechts)

Unter normalen Bedingungen hemmen bestimmte Proteine, so genannte PP2Cs, einen vom Hormon Abcisinsäure ausgelösten Stoffwechselweg. Doch wenn die Pflanze Trockenstress erlebt, wird das Pflanzenhormon ausgeschüttet und dadurch diese Blockade aufgehoben. Als Folge werden Mechanismen angeworfen, die die Zellen zu einer erhöhten Wasseraufnahme und –speicherung bringen und Wasserverlust minimieren. Soweit war das Geschehen bisher geklärt. Unklar war jedoch, wie das Hormon die Blockade aufheben kann, ohne direkt mit den Proteinen zu interagieren.

„Hand“ wird zur Hormon einschließenden „Faust“


Wissenschaftler am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) im französischen Grenoble und dem Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) in Valencia, Spanien, haben nun dieses entscheidende Rätsel gelöst. Sie untersuchten ein Mitglied einer Familie aus 14 Proteinen, die in vorherigen Studien bereits als Kandidaten für einen „Vermittler“ in dieser Reaktionskette postuliert worden waren.

PYR1 in seiner offenen Form (grün) und wenn es um ABA (weiß) geballt ist (türkis/rot)

PYR1 in seiner offenen Form (grün) und wenn es um ABA (weiß) geballt ist (türkis/rot)

Als die Forscher die dreidimensionale Struktur des Proteins PYR1 mit Hilfe der Röntgenkristallographie analysierten, entdeckten sie eine verblüffende Ähnlichkeit mit einer Hand: In Abwesenheit von Abcisinsäure blieb diese „Hand“ offen. Wird jedoch Pflanzenhormon zum Protein gegeben, schließt sich dessen Struktur um das Hormon wie eine Faust, die einen Ball hält. Diese Konformationsänderung wiederum legt auf der Außenseite der geschlossenen „Finger” eine Andockstelle für die PP2C-Moleküle frei.


Lange gesuchtes Bindeglied gefunden


Nach Ansicht der Forscher liefert dieser Komplex damit das entscheidende Bindeglied zwischen Hormon und der Aufhebung der PP2C-Blockade. Denn der Hormon-Proteinkomplex bindet mithilfe der Andockstelle das blockierende PP2C ein und macht es so unschädlich. Als Folge entfällt die hemmende Wirkung des Proteins und die Stressreaktion kann ungebremst anlaufen.

„Dank dieses Ansatzes über die strukturelle Biologie wissen wir nun, mit wem die Abcisinsäure interagiert und wie“, erklärt Pedro Luis Rodriguez vom CSIC. „Das kann dabei helfen auch andere Moleküle mit dem gleichen Effekt zu finden, die dann einfach erzeugt und angewendet werden können.“ Der Vorteil: Kulturpflanzen könnten auf diese Weise gezielt unmittelbar beim Beginn einer Dürre zur schützenden Stressreaktion gebracht werden. Ernteausfälle könnten sich so möglicherweise reduzieren lassen, ohne dass die schwer und teuer zu erzeugende Abcisinsäure eingesetzt werden muss.
(EMBL, 10.11.2009 - NPO)
 
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