Chloroplast-Signalisierung zum Pflanzenwachstum nutzen
Pflanzen können mit Photosynthese die Energie für ihre Funktionen erzeugen, wobei sie Sonnenlicht in speziellen Organellen, Chloroplast genannt, einfangen. Man könnte das Wissen um die Signalwege, die Chloroplastenmetabolismus und -funktion steuern, nutzen, um die Ernte sowie die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu steigern. Das EU-finanzierte Projekt "Chloroplast signals" (COSI) arbeitete mit Algen und höheren Pflanzen und wollte somit diese regulatorischen Signalwege sowie die Art und Weise, wie sie mit dem gesamten metabolischen Zellennetz koordiniert sind, beschreiben. Zu diesem Zweck arbeitete das Konsortium an verschiedenen Aspekten der Photosynthese sowie an Signalwegen, die durch die Umwelt ausgelöst werden. Das Enzym STN7-Kinase stellte sich als entscheidend für das Erreichen einer fließenden Photosynthese trotz Fluktuationen in der Lichtintensität heraus. Zusätzliche wurden andere Proteine zur Kommunikation der Chloroplasten mit dem Nukleus und zur chloroplastischen Genexpression bestimmt. Diese Wege könnten genutzt werden um den Photosyntheseprozess so zu manipulieren, dass er das Akklimatisierungsvermögen von Pflanzen and Umweltveränderungen verbessert. Als Reaktion auf die Umweltauslöser signalisieren Pflanzen den Kalzium-abhängigen Signalweg herunter. Die Ziele der Signalwege beinhalten Komponenten der Photosynthese sowie Metabolittransporter in Chloroplasten. Als Ergebnis entdeckte man, dass eine Kalzium-abhängige Signalisierung im Zusammenhang mir der Steuerung des Chloroplastenmetabolismus und der Koordination des Zell- und Chloroplastenmetabolismus steht. In den als Diatomeen bekannten Meeresalgen erkundeten die Forscher eine neue Kommunikation zwischen Chloroplasten und Mitochondrien. Diese Information zeigte, dass sich diese Algenarten, im Gegensatz zu Pflanzen, nicht nur auf Energie aus Sonnenlicht verlassen, um zu überleben. Darüber hinaus untersuchten die Wissenschaftler das metabolische Ergebnis von Belastungssignalisierung in Pflanzen. Sie entdeckten eine Anhäufung von Poly (ADP-Ribose) Polymerase (PARP) und Anthocyan, was mit einem gesteigerten Pflanzenwachstum unter Belastungsbedingungen in Zusammenhang gebracht wurde. Es wurden weitere Mechanismen, die Lichtschutz verleihen oder lichtinduzierte Belastungen bei Pflanzen auslösen, bestimmt. Zusammengenommen, zeichnen die Erkenntnisse der COSI-Studie ein deutliches Bild der Mechanismen, die die Funktion und den Metabolismus von Chloroplast regulieren. Die biotechnologische Nutzung dieser Ziele könnte zu Pflanzenarten führen, die sich effizienter an die sich ständig ändernde Umwelt anpassen können.
