Wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt regulieren
Ein EU-finanziertes Forscherteam fand heraus, auf welche Weise ein Phytohormon die Reaktion von Pflanzen auf Trockenstress reguliert. Die Ergebnisse der in dieser Woche im Fachblatt "Nature" veröffentlichten Studie könnten dazu beitragen, die Stresstoleranz gegenüber Trockenheit oder Dürre zu erhöhen. Die EU unterstützte die Studie im Rahmen des Projekts PCUBE (Infrastructure for protein production platforms), das über die Förderlinie für Forschungsinfrastrukturen des Siebten Rahmenprogramms (RP7) finanziert wurde. Bislang war den Forschern unklar, wie dieses Phytohormon - Abscisinsäure (ABA) - überhaupt in der Pflanze wirkt. Wissenschaftler am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Grenoble, Frankreich, und am Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) in Valencia, Spanien, fanden die Antwort auf diese Frage im Protein PYR1 und seiner Wechselwirkung mit ABA. Normalerweise regulieren PP2C-Proteine in Pflanzen die Ausschüttung des Botenstoffs ABA. Sind Pflanzen jedoch Umweltstress wie beispielsweise Wassermangel ausgesetzt, steigt die ABA-Konzentration an wie der Adrenalinspiegel beim Menschen unter Stress. Ist die ABA-Konzentration hoch genug, erhalten die Pflanzenzellen das Signal, dass mehr Wasser gebraucht wird. Durch An- oder Ausschalten bestimmter Gene werden dann Mechanismen ausgelöst, um die Notsituation zu lindern, etwa durch verstärkte Wasseraufnahme oder -speicherung bzw. durch Einschränkung des Wasserverbrauchs. Der Knackpunkt war bislang allerdings, dass keine Wechselwirkung zwischen ABA und PP2C-Proteinen stattfindet und auch nicht bekannt war, wie diese Proteine die Freigabe des Phytohormons ABA beeinflussen. Die Forschergruppe untersuchte in einer Pflanzenstruktur 14 Proteinfamilien und deren Beteiligung an diesem Prozess. Die strukturelle Analyse eines dieser Proteine - PYR1- mittels Röntgenkristallographie ergab, dass die Proteinstruktur einer Hand ähnelte. Die Röntgenbilder zeigten, dass die PYR1-Hand offen ist, wenn kein ABA produziert wird. War ABA hingegen vorhanden, schloss sich die "Hand" um das Hormon. Die neue Form ermöglichte nun einem PP2C-Molekül, an der Oberseite der Hand anzudocken. Die meisten Proteine dieser Familie agierten in ähnlicher Weise, was nahe legt, dass es sich hier um die wichtigsten ABA-Rezeptoren handelte. Die Forscher entdeckten, dass PYR1, wenn es an ABA bindet, PP2C-Moleküle "kidnappt", sodass diese die Stressreaktion nicht blockieren können. "Werden Pflanzen vor Beginn der Trockenzeit mit ABA behandelt, können sie sich bereits vor der eigentlichen Trockenheitsperiode auf den Winter vorbereiten und sind somit besser für das Überleben in wasserknappen Zeiten gerüstet, d.h. sie entwickeln eine höhere Trockenheitstoleranz", erklärte Dr. Pedro Louis Rodriguez vom CSIC. "Das Problem ist allerdings die sehr aufwendige und teure Herstellung von ABA. Die strukturbiologische Analyse hat uns immerhin aufgezeigt, mit welchen Rezeptoren ABA interagiert und wie das passiert, sodass wir die Möglichkeit haben, nach anderen Molekülen mit gleicher Wirkung zu suchen, die sich leichter herstellen und einsetzen lassen."
Länder
Spanien, Frankreich