Die Maximierung der Carotinoidproduktion in Pflanzen
Carotinoide sind eine Gruppe von Pigmenten, mit denen Pflanzen Licht für die Photosynthese sammeln, und sie wirken als Sonnenschutzmittel für die Pflanzen. Tiere benötigen ebenfalls Carotinoide als Quelle für Vitamin A und für den Schutz vor einer Reihe von chronischen Erkrankungen, einschließlich Krebs und kardiovaskuläre Erkrankungen. Da die meisten Tiere Carotinoide nicht selbst produzieren können, müssen sie sie mit Pflanzen in ihrer Ernährung zu sich nehmen. Das EU-finanzierte Projekt CAROTENACTORS (Dissecting carotenoid-related protein interaction dynamics for tailoring healthier crops) wollte im Hinblick auf die Herstellung von carotinoiden-reichen Anbaupflanzen besser verstehen, wie Pflanzen die Produktion dieser Pigmente regulieren. Pflanzen produzieren Carotinoide über einen komplizierten biochemischen Pfad mit zahlreichen Genen und Enzymen. Um zu viel oder zu wenig Carotinoide zu produzieren, wird dieser Pfad streng reguliert, aber die Forscher sind immer noch nicht sicher, wie genau. CAROTENACTORS verwendete Tomaten als Modell, um festzustellen, welche Mechanismen die Carotinoidproduktion während der Tomatenfruchtreife regulieren. Tomaten sind erst grün und werden während des Reifens durch die Reduzierung der grünen Chlorophyll-Pigmente und der Steigerung der orange/roten Carotinoide rot. Durch die Überwachung der biochemischen Veränderungen in den verschiedenen Phasen der Tomatenreifung konnten die Forscher spezifische Mechanismen ausmachen, die den Übergang von der starken Chlorophyll- zur starken Carotinoidproduktion regulieren. In dem Prozess entdeckten sie, dass Früchte ein altes von verschiedenen Pflanzen genutztes Kommunikationssystem wiederverwenden, und zwar so, dass sie während der Reifung die Produktion von Carotinoiden einstellen können. Bei diesem System verhindert das zentrale Photosynthesepigment Chlorophyll, die übermäßige Produktion von Carotinoiden in unreifen Früchten durch das Filtern von Sonnenlicht, etwa wie ein "Sonnenschirm" für die die Frucht. Das Chlorophyll wird während der Reifung angebaut, und lässt Licht mit einer unterschiedlichen spektralen Zusammensetzung durch, das wiederum die Lichtsignalkomponenten aktiviert, die schließlich die Carotinoidproduktion modulieren. Das Licht tut dies, indem es die Zersetzung von Transkriptionsfaktoren fördert, die die Expression des Gens unterdrücken, das wiederum ein Enzym codiert, das für die Carotinoidproduktion verantwortlich ist. Sobald das Gen nicht mehr unterdrückt wird, wird die Carotinoidproduktion erhöht und die Frucht wird rot. Die während dieses Projekts erworbenen Kenntnisse könnten Wissenschaftlern ermöglichen, die Carotinoidwerte in Pflanzen, insbesondere in Kulturpflanzen, zu manipulieren, wovon die menschliche Gesundheit profitieren soll.
Schlüsselbegriffe
Carotinoid, Vitamin A, biochemischer Weg, reguliert, Tomate
