Rätsel um Aminosäuren in Pflanzen gelöst
Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben den Mechanismus identifiziert, über den Pflanzen in ihrem Organismus Aminosäuren transportieren. Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung von Nutzpflanzen mit einem erhöhtem Gehalt an essenziellen Aminosäuren beitragen.
Der Mensch braucht Aminosäuren für den Proteinaufbau, für Körperfunktionen und zur Gewebeerhaltung. Einige der insgesamt 20 Aminosäuren kann der menschliche Organismus jedoch nicht selbst herstellen, sondern er muss sie über die Nahrung aufnehmen. Das sind die sogenannten essenziellen Aminosäuren. Pflanzen hingegen sind in der Lage, alle eigenständig zu produzieren, und stellen somit eine wichtige Quelle für die menschliche Aminosäureversorgung dar. Unklar war bisher allerdings, wie Pflanzen die essenziellen Aminosäuren in ihrem Organismus verteilen. Die Forschungsgruppe um Andreas P. M. Weber vom Institut für Biochemie der Pflanzen an der Heinrich-Heine-Universität (HHU) hat den Mechanismus nun entschlüsselt. Ihre Ergebnisse veröffentlichte sie kürzlich in Nature Plants.
Das Rätsel um RE1
Pflanzen produzieren die insgesamt neun essenziellen Aminosäuren ausschließlich in spezialisierten Zellorganellen, den Plastiden. Zu diesen gehören auch die Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet. Das Forschungsteam fand heraus, dass Proteine der RETICULATA1-Familie (RE1) Aminosäuren wie Arginin, Citrullin, Ornithin und Lysin durch die Hüllmembran von Chloroplasten transportieren. Damit regeln sie den Aminosäureaustausch innerhalb der Pflanze. „Die molekulare Funktion von RE1 war jahrzehntelang ein Rätsel“, so Weber. Pflanzen ohne das Transportprotein RE1 zeigen demnach nicht nur veränderte Blattformen, sondern auch stark reduzierte Aminosäuregehalte. Erstautorin Franziska Kuhnert erklärt: „Fehlt RE1 und sein engster Verwandter RER1 vollständig, ist dies für die Pflanze sogar tödlich.“ RE-Proteine sind ausschließlich in Organismen mit Plastiden zu finden und stammen vermutlich aus der Zeit der Endosymbiose – der Entstehung der Chloroplasten in frühen Pflanzenzellen.
Neue Perspektiven für die Pflanzenzüchtung
„Unsere Ergebnisse liefern entscheidende Einblicke in die komplexe Verbindung zwischen dem Transport von Aminosäuren in die Plastiden und der Blattentwicklung sowie der Nährstoffverteilung in Pflanzen“, erklärt Weber. Den Forschenden zufolge ergeben sich daraus neue Ansätze für die Züchtung von Nutzpflanzen mit einem höheren Gehalt an essenziellen Aminosäuren und somit besonders vielen Nährwerten. Das könne wiederum langfristig zur Verbesserung der Ernährungssicherheit beitragen, heißt es.
Die Forschungsarbeiten fanden im Rahmen des Exzellenzclusters CEPLAS sowie der DFG-geförderten Sonderforschungsbereiche SFB 1208/2 und 1535/1 statt, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.
lh
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