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Hungernde Pflanzen können zur Bevölkerungsernährung beitragen

Pflanzen programmieren ihren Stoffwechsel als Reaktion auf Energieknappheit um, um Ressourcen zu schonen. Angesichts der Nachfrage nach Lebensmitteln durch eine wachsende Weltbevölkerung und der Bedrohung durch den Klimawandel untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen hinter dieser Einschränkung des Energieverbrauchs, um das Überleben von Pflanzen zu stärken.
Hungernde Pflanzen können zur Bevölkerungsernährung beitragen
Alle Organismen regulieren ihre Energiebilanz mit konservierten Signaltransduktionswegen, in denen Kinasen, Enzyme (Proteine), die die Phosphorylierung vermitteln, eine wichtige Rolle spielen. Die Organismen modulieren die Rate der Einnahme (durch Fütterung oder Photosynthese), Speicherung und Nutzung von Energieressourcen. um Wachstum und Entwicklung aufrecht zu halten.

Wenn begrenzte Energiequellen zur Verfügung stehen, beschränken eukaryotische Organismen ihren Energieverbrauch. Längere Hungerzeiten induzieren eine groß angelegte Programmierung des Stoffwechsels in einer Antwort, die Low Energy Syndrome (LES) genannt wird. Dieses wird durch die Unterdrückung der Biosynthese-Aktivitäten und des Wachstums sowie durch die Induktion von katabolen Prozessen charakterisiert, die die gespeicherten Moleküle aufbrechen, um Energie freizusetzen.

Mit der Unterstützung des EU-geförderten Projekts MERIT (Metabolic reprogramming by induction of transcription) untersuchten die Wissenschaftler LES in Pflanzen. Das Ziel von MERIT war es, die Mechanismen, die die Energiebilanz in Pflanzen regulieren, und deren Auswirkungen auf das Überleben der Pflanze zu verstehen, wenn diese unter Stress stehen.

Die Projektpartner konnten wichtige regulatorische Schritte identifizieren und schufen viele Werkzeuge, um die Verwendung von Pflanzengenomdaten zu verbessern. Besonderes Augenmerk lag auf Daten über Transkriptomik, Proteom-Sequenzierung und Translatomen. Die Forscher entdeckten, dass der (die) erste(n) Transkriptionsfaktor(en) (der basische Bereich, Leucin-Zipper (bZIP) Proteine) direkt über Phosphorylierung durch die Proteinkinase SnRK1 der Pflanzen direkt geregelt wurde(n).

Diese Kinasen sind für die Energiebilanz des Organismus entscheidend und regulieren den Primärmetabolismus durch die Kontrolle der Transkriptionsfaktoren, die die Expression von Genen steuern, die Schlüsselenzyme kodieren. Sie identifizierten auch verschiedene Stoffwechselprofile in Verbindung mit LES. Dadurch wurde der Weg zur Aufdeckung der Moleküle geebnet, die an der metabolischen Umprogrammierung beteiligt sind.

MERIT zeigte, dass SnRK1-Signalgebung und ein umprogrammierter Stoffwechsel von entscheidender Bedeutung sind, um Toleranz und Wachstums während des Pflanzenwachstums zu etablieren. Deshalb werden die Erkenntnisse aus dem Projekts dazu beitragen, Ertrag und Stressresistenz von Pflanzen zu verbessern. Darüber hinaus untersuchte das Konsortium das kommerzielle Potenzial dieser Arbeit, indem es deutlich kontrollierbare Experimente unter reproduzierbaren Bedingungen durchführte. Darüber hinaus wird die aktive Teilnahme von Branchenführern an Pflanzenproduktivität und Ertrag dazu beitragen, die wissenschaftlichen Erkenntnisse von MERIT aktiv zu nutzen, was für die Weltbevölkerung von großem Nutzen sein wird.

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Schlüsselwörter

Energieknappheit, Energiebilanz, Kinasen, Phosphorylierung, niedrig- energiesyndrom, MERIT, Leucin-Zipper, bZIP, SnRK1 
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