Stoffwechsel in Pflanzen – live und in Farbe

17.12.2020 Forschung & Technik

Wissenschaftler machen mittels in-vivo-Biosensorik Stoffwechselprozesse in Pflanzen sichtbar

Vom Stoffwechsel in Pflanzen hängt fast alles Leben auf der Erde ab. Doch diese Prozesse sind bislang wenig erforscht. Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster untersuchten Schlüsselmechanismen der Regulation des Energiestoffwechsels mit einem neuen Verfahren, der „in-vivo-Biosensorik“.

Bislang konnten die Ergebnisse von Stoffwechselprozessen nur an Pflanzenteilen untersucht werden. Das neue Verfahren erlaubt es nun, in der lebenden Pflanze und in Echtzeit zu verfolgen, wie sich Umweltveränderungen – Licht, Temperatur, Trockenheit, Überflutung oder Schädlingsbefall – auf den zentralen Stoffwechsel auswirken.

Die Wissenschaftler – neben der Uni Münster waren auch die Universitäten Bonn, Oxford, Padua, Viçosa (Brasilien) und Saarbrücken beteiligt – haben dafür einen genetisch-codierten Sensor in die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, die Ackerschmalwand, eingebaut. Der Sensor besteht zum einen aus einem biologischen Erkennungselement, nämlich einem Protein, das ein Molekül spezifisch bindet – und zum anderen aus einem Auslese-Element, einem Protein, das die Bindung am Erkennungselement in ein Lichtsignal übersetzt.

Dieser Sensor kann das sogenannte NAD-Redox-System farblich sichtbar machen, das für die Elektronenübertragung im Stoffwechsel von zentraler Bedeutung ist. Auf diese Weise können dynamische Änderungen des Redoxstoffwechsels, der unter anderem der Energie-Bereitstellung in den Zellen dient, in lebenden Pflanzen verfolgt werden. Mit solchen dynamischen Änderungen reagieren Pflanzen auf Licht-Dunkel-Übergänge, Veränderungen des Zuckerstatus, der Zellatmung und der Sauerstoffzufuhr. Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Erkenntnisse bald eine Schlüsselrolle bei der Züchtung von Pflanzen spielen können. Auch die Früherkennung von Stress bei Nutzpflanzen wäre so möglich.

Quelle: pflanzenforschung.de