Wie Pflanzen bei Eisenmangel überleben

Eisen ist für Pflanzen lebensnotwendig. Der Nährstoff ist zwar ein natürlicher Bestandteil des Bodens, ist allerdings nicht immer und überall in ausreichender Menge verfügbar. Das trifft vor allem auf Böden mit einem hohen Kalkanteil oder hohen pH-Wert zu. Um trotzdem an die lebenswichtigen Nährstoff heranzukommen, haben Pflanzen im Laufe der Evolution verschiedene Strategien entwickelt. So geben viele Pflanzen unter Eisenmangel Coumarin-artige Siderophore, sogenannte Eisenträger ab, die sich in der wurzelnahen Zone, der Rhizosphäre, ausbreiten und dort mit dreiwertigen Eisen (Fe³⁺) einen chemischen Komplex bilden. Wandern diese dann zurück zur Wurzeloberfläche, werden sie durch Plasmamembran-gebundene Reduktasen zu besser löslichem, zweiwertigen Eisen (Fe²⁺) abgebaut. Dieses kann wiederum durch Membranproteine von der Pflanze aufgenommen werden.

Eisenträger mit wandlungsfähiger Struktur

Forscher am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben konnten nun gemeinsam mit Forschenden der Universität Stanford in Kalifornien eine Lücke im Biosyntheseweg dieser coumarinartigen Siderophore schließen. Die Ergebnisse stellen die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ vor. Bei ihren Untersuchungen an der Modellpflanze Ackerschmalwand stellte sich heraus, dass die chemische Struktur der Eisenträger sehr wandlungsfähig ist, was den Biosyntheseweg gleich mehrfach positiv beeinflusst.

Lösliches Eisen entsteht ohne Hilfe von Enzymen

Eine dieser überraschenden Eigenschaften ist die Fähigkeit, dass die Coumarin-artigen Siderophore während der Komplexbildung selbst das dreiwertige Eisen reduzieren können, wie Nicolaus von Wirén vom IPK erklärt. „Diese Fähigkeit erleichtert die Mobilisierung von schwer löslichem Eisen im Boden und erlaubt es, die enzymatische Reduktion der dreiwertigen Eisenkomplexe an der Plasmamembran zu umgehen, um zweiwertiges Eisen zu erhalten. Zudem können diese coumarinartigen Siderophore potenziell als Redox-Fähren agieren, nämlich wenn sie selbst an der Plasmamembran reduziert werden und dadurch die Fähigkeit erhalten, weiteres dreiwertiges Eisen im Boden zu lösen sobald sie in die Rhizosphäre zurückgekehrt sind.“