Welche Signale werden durch Veränderungen der Schwerkraft in Pflanzenzellen ausgelöst?



Pflanzen können in Form einzelner Zellen über lange Zeit kultiviert werden. Durch Zugabe geeigneter Substanzen 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 Veränderung der Schwerkraft in spezifische Reaktionen umgesetzt wird. Innerhalb der 22 Sekunden langen Phase der Schwerelosigkeit können die Experimentatoren gezielt nach sehr schnellen molekularen Veränderungen suchen. Diese stehen am Anfang von Signalketten. Um diese zu kennzeichnen, nutzen die Forscher drei verschiedene Ansätze.

Im ersten erfassen sie Änderungen in der Menge von Genprodukten und in den Eigenschaften von Eiweißmolekülen (Enzymen). 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.
 
Umweltsignale werden von Pflanzenzellen sehr schnell durch die Bildung reaktionsfähiger Sauerstoffverbindungen (etwa Wasserstoffperoxid) beantwortet. Diese steuern ebenfalls grundlegende zelluläre Prozesse. Im dritten Ansatz wird daher die Bildung derartiger Sauerstoffverbindungen analysiert. Als Modellsystem für Höhere Pflanzen verwenden die Wissenschaftler die Ackerschmalwand "Arabidopsis thaliana".


Kontakt
Prof. Rüdiger Hampp
Universität Tübingen

Tel: +49 7071 2976155

Fax: +49 7071 295635

E-Mail: ruediger.hampp@uni-tuebingen.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-5965/9713_read-19354/