Grazer Biochemiker klären, was Pflanzen vor dem Knicken schützt

27. August 2015, 12:28
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Enzym identifiziert, das eine wichtige Rolle bei der Bildung des pflanzlichen Stützmaterials spielt

Graz – Ohne Lignine könnten Pflanzen keine stabilen Strukturen bilden. Diese Makromoleküle werden in die Zellwand eingelagert und bewirken ihre Verholzung und bewahren Pflanzen davor, zu knicken. Die Bildung von Ligninen ist ein komplexer Prozess. Grazer Forscher haben nun ein Enzym entdeckt, das eine zentrale Rolle dabei spielt, wie sie im "Journal of Biological Chemistry" berichten.

In der Evolution der Pflanzen ist der Übergang vom Wasser- zum Landleben eng mit der Entwicklung der Lignin-Biosynthese verknüpft: Erst durch die Verstärkung der Zellwände der Pflanzen mit konnten sich Festigungselemente entwickeln, die dafür sorgen, dass auch größere Pflanzenkörper stabil sind und der Sonne entgegenwachsen können. Neben dem Höhenwachstum wird durch die Verholzung zugleich der Schutz vor Fraßfeinden aber auch das Überwintern ermöglicht.

Enzym als Schlüssel

Die Ligninbildung sei ein komplexer Prozess, bei dem viele Aspekte noch unbekannt sind, wie Peter Macheroux vom Institut für Biochemie der TU Graz erzählt. Sein Team hat gemeinsam mit Kollegen von der Universität Graz und dem "Austrian Center of Industrial Biotechnology" (acib) herausgefunden, dass einem Enzym namens Berberin-Brücken-Enzym (BBE) eine wichtige Funktion in der Produktion von Lignin zukommt.

Das Team um Macheroux hat bereits vor Jahren erstmals das Enzym BBE aus dem kalifornischen Goldmohn extrahiert. Dabei zeigte sich, dass das Berberin-Brücken-Enzym für einen zentralen Schritt bei der Synthese von pharmakologisch interessanten Alkaloiden verantwortlich ist. Seither wurden Vertreter der neu entdeckten Enzymfamilie durch Sequenzierung in vielen weiteren Pflanzen nachgewiesen.

Laut Macheroux ist das Protein in so gut wie allen Pflanzen vorhanden. Nun stellte sich den Grazer Forschern jedoch die Frage, warum man Gene, die für das Enzym BBE kodieren, auch in nicht-alkaloidproduzierenden Pflanzen finden kann.

Auf der Suche nach weiteren biochemischen Funktionen haben die Forscher aus der Ackerschmalwand (Arabidopis thaliana) zwei Proteine (AtBBE-like 13 und atBBE-like 15) der BBE-Familie separiert und untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass Pflanzen erst dank BBE jene Biopolymere produzieren können, die für die Verholzung zuständig sind: Lignine.

Beim Prozess der Bildung von Lignin würden "viele Rädchen ineinandergreifen, damit er reibungslos funktioniert. Und wir wissen nun, dass die BBE-Familie eine zentrale Rolle in diesem Prozess spielt", hielt Macheroux fest. In weiteren Schritten wollen die Grazer Forscher im Labor gezielt BBE-Gene ausschalten und die konkreten Auswirkungen auf Pflanzen beobachten. (APA, red, 27.8.2015)

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