Stickstoffmangel und Rotfärbung

27.11.2009 | Potsdam
Wissenschaftlern vom Max‐Planck‐Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam ist es gelungen wichtige Kontrollgene des pflanzlichen Stickstoff‐Stoffwechsels zu identifizieren. Die gefundenen Gene kontrollieren die Aktivität vieler anderer Gene, die in der Pflanze die Reaktion auf Stickstoffmangel ausmachen und die unter anderem bei der Rotfärbung von Pflanzen von Bedeutung sind.

Eine Veröffentlichung der Ergebnisse ist dieser Tage in der renommierten

Fachzeitschrift The Plant Cell erfolgt.

Rote Blätter kennt man aus dem Herbst, doch neben Alterungsprozessen kann auch Nährstoffmangel die Blätter der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) rot färben. Das Fehlen von Stickstoff (N), einem der wichtigsten Nähstoffe für Pflanzen, führt zu reduziertem Wachstum, zahlreichen Änderungen im gesamten pflanzlichen Stoffwechsel sowie stark rot gefärbten Blättern. Da das Vorhandensein von Stickstoff für das Wachstum von Pflanzen essentiell ist, wird in der Landwirtschaft Stickstoff in Form von Dünger zugeführt. Die Rotfärbung, bei Stickstoffmangel, geht dabei auf die Bildung des Farbstoffes Anthocyan zurück. Anthocyangehalt in der Nahrung gilt aufgrund seiner antioxidativen Wirkung als gesund, da er Zellschäden und Alterungsprozesse durch Sauerstoffverbindungen vorbeugen kann. In der Pflanze steht die verstärkte Bildung von Anthocyan mit Stressreaktionen in Verbindung. Dr. Grit Rubin mit ihren Kollegen und ihrem Arbeitsgruppenleiter Dr. Wolf‐Rüdiger Scheible ist es mit einem gentechnischen Ansatz gelungen die Gene LBD37, LBD38 und LBD39 als wesentliche Regulatoren der Anthocyansynthese und des N‐Stoffwechsels in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu identifizieren. Die Gene, deren Einbindung in die Stickstoff‐Stoffwechselwege aufgrund von Vorversuchen vermutet wurde, wurden zu diesem Zweck in Arabidopsis‐Pflanzen ausgeschaltet, so dass ihre Funktion der Pflanze nicht mehr zur Verfügung stand. Diese Pflanzen wurden parallel zu unveränderten Pflanzen und solchen, die eine höhere Aktivität dieser Gene haben, untersucht. Es stellte sich heraus, dass Pflanzen ohne funktionsfähige LBD Gene selbst bei optimaler N‐Versorgung dieselben Symptome (z.B. Anthocyan‐Bildung) aufweisen, die unveränderte Pflanzen bei N‐Mangel zeigen. Andererseits zeigen die Pflanzen mit erhöhter Genaktivität selbst unter realen NMangelbedingungen keine entsprechenden Symptome. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das Vorhandensein der LBD Genprodukte nicht nur die zur Farbstoffproduktion wichtigen Gene unterdrückt, sondern auch eine unerwartet große Anzahl von Genen, die sonst bei Stickstoffmangel aktiviert werden. Gene die solche übergeordneten Regulationsfunktionen für die Aktivitäten anderer Gene haben, werden als Transkriptionsfaktoren bezeichnet. Die LBD Genprodukte selbst spiegeln dem pflanzlichen System somit N‐Verfügbarkeit vor. Dies führt zum Beispiel auch zu einer verringerten Aufnahme und Verwertung von N aus dem Erdreich und letztlich einer verringerten Wuchshöhe. "Unsere Arbeit zeigt erstmalig, dass bestimmte Vertreter der Lateral Organ Boundary Domain (LBD) Gen‐Familie in Pflanzen als wichtige Signale für N‐Verfügbarkeit dienen und erheblichen Einfluss auf den N‐Stoffwechsel haben", sagt Dr. Scheible.

Quelle: Pressemeldung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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