Jede Zelle einer Pflanze besitzt den gleichen genetische Bauplan – doch einige Zelltypen machen davon unterschiedlich Gebrauch. Dadurch kann mit der gleichen DNA mal eine Wurzel und mal eine Blüte entstehen. Entscheidend ist, welche Gene in welchem Umfang aktiviert werden. Die Produkte dieser Gene sind meist Proteine. Diese Eiweißmoleküle bilden die Strukturen der Zellen und agieren in Form von Enzymen als Katalysatoren der biochemischen Reaktionen. Ein internationales Forscherteam unter Federführung der Technischen Universität München (TUM) hat nun für die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, die Ackerschmalwand, für verschiedenen Gewebetypen einen Katalog alle hier vorhandenen Proteine ermittelt.

Neue Einblicke in die Biologie von Pflanzen

„Für das Proteinmuster ist nicht nur bedeutend, welche Proteine in einem Gewebe vorkommen, sondern vor allem in welchen Mengen“, erklärt Bernhard Küster, Professor für Proteomik und Bioanalytik an der TUM. Als Beispiel nennt er Proteine der Photosynthese-Maschinerie, die vor allem in Blättern vorkommen, aber – wenngleich in tausendfach geringerer Menge – auch in Blüten und Samen. „Erstmalig haben wir das Proteom, also alle Gewebeproteine der Modellpflanze Arabidopsis, umfassend kartiert“, resümiert Küster die im Fachjournal „Nature“ veröffentlichte Studie. „Das lässt neue Einblicke in die komplexe Biologie von Pflanzen zu.“

18.000 der 27.000 Gene erzeugen Proteine

Zusammengefasst sind die Ergebnisse in der Online-Datenbank ProteomicsDB. Darin findet sich unter anderem die Information, dass von den 27.000 Genen der Ackerschmalwand etwa 18.000 auch in Proteine umgesetzt werden. Außerdem enthalten die Daten die Information, in welchen Geweben welche Proteine vorkommen und in welchen Mengen. Möglich wurden die Analysen durch eine Kombination aus biochemischen und analytischen Hochdurchsatzmethoden, darunter die Flüssigchromatographie-gekoppelte Tandem-Massenspektrometrie.

Nächster Fokus auf Anpassung des Proteoms

Die Ackerschmalwand ist seit vielen Jahren Modellpflanze der Pflanzenforschung, weil sich zahlreiche Erkenntnisse über sie auf Nutzpflanzen übertragen lassen. „Der Atlas soll daher auch die Forschung an anderen Pflanzen befeuern“, zeigt sich Küster zuversichtlich. Die beteiligten Forscher selbst wollen nun untersuchen, wie sich das Proteom verändert, wenn die Pflanzen auf Umweltfaktoren wie Schädlingsbefall oder Folgen des Klimawandels reagieren.

bl