Wie löst die Verringerung der Schwerkraft Änderungen im Stoffwechsel von Pflanzenzellen aus?



Pflanzen können in Form einzelner Zellen über lange Zeit kultiviert werden. Durch Zugabe geeigneter Mittel lassen sich aus diesen Zellkulturen wieder vollständige Pflanzen heranziehen. Zellkulturen können aber auch benutzt werden, um bestimmte Produkte, wie etwa Pharmazeutika, herzustellen. Daran ist der so genannte Sekundärstoffwechsel beteiligt.

Im Gegensatz zum Grundstoffwechsel produziert die Pflanze beim Sekundärstoffwechsel Produkte, die sie nicht unmittelbar zum Überleben braucht, die aber für den Organismus nützlich sind. Das können beispielsweise Duftstoffe, Hormone oder Gifte sein. Experimente haben gezeigt, dass es unter Schwerelosigkeit zu einem Anstieg des Sekundärstoffwechsels kommen kann. Ziel dieses Experimentes ist es daher, nach den molekularen Mechanismen zu suchen, die einen solchen Umschaltvorgang steuern. Die Kenntnis dieser Grundlagen könnte genutzt werden, um die Produktion nützlicher Stoffe in Pflanzenzellen für wirtschaftliche oder medizinische Zwecke zu steigern. 

Im Experiment wollen die Wissenschaftler herausfinden, über welche Signalketten in den Zellen die Verringerung der Schwerkraft in spezifische Reaktionen umgesetzt wird. Innerhalb der 22 Sekunden langen Phase der Schwerelosigkeit können die Experimentatoren gezielt nach so genannten Primärreaktionen suchen. Diese sehr schnellen molekularen Veränderungen stehen am Anfang von Signalketten. Um diese zu kennzeichnen, nutzen die Forscher zwei verschiedene Ansätze. Im ersten erfassen sie Änderungen in der Menge von Genprodukten.

Im zweiten analysieren sie eine spezielle Signalkette, die auf der Änderung der Kalziumionen-Konzentration in der Zelle basiert. Es ist bekannt, dass Pflanzen die meisten Umweltsignale in eine Änderung der Kalziumionen-Menge übersetzen. Eine Echtzeitmessung der zellulären Konzentration dieser Ionen soll daher zeigen, ob durch Schwerkraft verursachter Stress zu einem definierten Signal führt. Als Modellsystem für höhere Pflanzen verwenden die Wissenschaftler die Ackerschmalwand "Arabidopsis thaliana".


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Universität Tübingen

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Prof. Dr. Karin Schumacher
Universität Tübingen
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