Neues zur molekularen Uhr bei Pflanzen
Das EU-finanzierte Projekt MOLECULAR CLOCK (Sumoylation: A regulatory mechanism for circadian clock function) untersuchte, wie eine Pflanze Veränderungen der Umwelt wahrnimmt und darauf reagiert, indem sie ihre Entwicklung anpasst. Die Forscher untersuchten an Arabidopsis den Photorezeptor für blaues Licht - CRYPTOCHROME 2 (CRY2) -, der im Dunkeln stabil ist und bei blauem Licht abgebaut wird (Photodegradation). Der Degradation von CRY2 geht eine post-translationale Modifikation voraus. Zuerst löst blaues Licht eine Phosphorylierung des Proteins aus. Danach erfolgt die Ubiquitinierung des Photorezeptors, der auf das Protein gerichtet ist, das durch das Proteasom abgebaut wird. MOLECULAR CLOCK untersuchte eine neu entdeckte post-translationale CRY2-Modifikation - die Sumoylierung. Dabei findet eine kovalente Bindung kleiner Ubiquitin-like Modifier (SUMO) an das Zielprotein statt. Die Forscher bestätigten die Sumoylierung von CRY2 und identifizierten einen der wichtigsten Zielreste. Im Hinblick auf die biologische Bedeutung wurde festgestellt, dass die Sumoylierung nicht die Bindung seines Cofaktors Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) beeinflusste, durch die CRY2 blaues Licht wahrnehmen kann. Durch die Sumoylierung veränderte sich auch nicht die subzelluläre Lokalisation von CRY2. Vor allem aber zeigten Stabilitätstests, dass beim Einstellen des CRY2-Abbaus während der Lichtwahrnehmung SUMO angehängt wird. Der biologische Effekt der Sumoylierung besteht darin, dass während der Entwicklung des Sämlings die Länge des Hypokotyls geringfügig verändert wird. Bei Cry2-Mutanten war die Blütezeit verzögert, und die Komplimentierung dieses Phänotyps wurde durch Expression des Wildtyps und von CRY2-Mutanten beobachtet. Die signifikanten Unterschiede bei den Experimenten lassen allerdings darauf schließen, dass neben den Lichtsignalen noch weitere Variablen beteiligt sind. Einige mit mutierten Versionen komplimentierte CRY2-Linien zeigten unregelmäßige Blattanordnungen und eine fehlerhafte Bildung der Staubbeutel bei den Blütenknospen. Die Forschungsergebnisse zur molekularen Uhr sind angesichts der zunehmenden Nahrungsmittelknappheit wegen Überbevölkerung von großer Bedeutung. Da Licht das Pflanzenwachstum und die Entwicklung maßgeblich beeinflusst, geben molekulare Analysen an wichtigen Regulatoren Aufschluss darüber, wie Pflanzen besser an den Klimawandel angepasst werden können. Außerdem werden mit CRY2 derzeit optogenetische Methoden für die lichtgesteuerte Genexpression entwickelt, die demnächst noch optimiert werden sollen, um die Ernteproduktivität zu steigern.
Schlüsselbegriffe
Pflanzen, molekulare Uhr, Getreide, zirkadiane Uhr, Sumoylierung, CRY2, Ubiquitin
