Stoffwechseländerungen in Pflanzen live erleben

Stoffwechseländerungen

Vom Stoffwechsel in Pflanzen hängt nicht nur fast alles Leben auf der Erde, sondern hängen auch unsere Ernährung und unsere Gesundheit ab. Um zu verstehen, wie diese Stoffwechselprozesse in Pflanzen funktionieren, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) unter Beteiligung der Universität Bonn Schlüsselmechanismen der Regulation des Energiestoffwechsels. Das neue Verfahren der „in-vivo-Biosensorik“, also an der lebenden Pflanze, erlaubt es ihnen jetzt erstmals, in Echtzeit zu verfolgen, wie sich Umweltveränderungen, zum Beispiel Licht, Temperatur, Trockenheit, Überflutung oder Schädlingsbefall, auf den zentralen Stoffwechsel in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand, auswirken. Das Forscherteam hat einen genetisch-codierten Sensor in die Pflanzen eingebaut, um zentrale Stoffwechselprozesse im wahrsten Sinne des Wortes ‚sichtbar‘ zu machen. Für die bildliche Darstellung und Messung des Stoffwechselprozesses in der Pflanze nutzten die Forscher die in-vivo-Biosensorik. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, mit dem die Forscher in Echtzeit lebende Organismen, Gewebe oder Zellen untersuchen. Der Biosensor besteht zum einen aus einem biologischen Erkennungselement, einem Protein, das ein Molekül spezifisch bindet - zum anderen um ein Auslese-Element, einem Protein, das die Bindung am Erkennungselement in ein Lichtsignal übersetzt. Das Auslesen der Sensoren in lebenden Zellen erfolgt über ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop. Dieses neue Verfahren ist eine methodische Errungenschaft, mit deren Hilfe man erstmals ein direktes Verständnis von Stoffwechselprozessen exakt dort wo sie in der Zelle passieren erhält. Die Informationen, die man durch das neue Verfahren gewonnen hat, könnten zukünftig eine Schlüsselrolle bei der Züchtung von Pflanzen, die unsere Nahrungsmittelerzeugung nachhaltiger machen und dazu beitragen die Effekte des Klimawandels abzumildern, spielen. Aber auch die direkte Früherkennung von Stress bei Nutzpflanzen in der Landwirtschaft ist möglich. Bild: Junger Keimling der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) der in seinen Zellen den fluoreszenten Biosensor trägt. Die Falschfarbenabbildung stellt den Redoxzustand des NAD Pools in den Zellen und Geweben dar. Regenbogenskala von blau (oxidierter NAD Pool) bis rot (reduzierter NAD Pool).
Copyright: Plant Energy Biology Lab/Janina Steinbeck.