Es wurde ein neuer molekularer Mechanismus entdeckt, der es Pflanzen ermöglicht, Umweltstress zu überleben.

Forscher des Instituts für subtropischen und mediterranen Gartenbau „La Mayora“ (IHSM-CSIC-UMA) haben einen molekularen Mechanismus entdeckt, den Pflanzen nutzen, um unter anhaltendem Stress zu überleben. Die in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Studie konzentriert sich auf Transportproteine, die sich in spezifischen Nanodomänen, sogenannten Kontaktstellen, befinden: winzigen Bereichen innerhalb einer Pflanzenzelle, wo die äußere Membran (Plasmamembran) dem inneren Membransystem, dem endoplasmatischen Retikulum, nahekommt. Diese Proteine ​​fungieren als Brücken zwischen den beiden Membranen und dienen als Autobahnen für den Transfer von Signalmolekülen, mit denen die Pflanze ihre Physiologie an ungünstige Umweltbedingungen anpasst.

In der Natur gedeihen Pflanzen unter suboptimalen Bedingungen und sind vielfältigen Umweltproblemen ausgesetzt, wie z. B. Tag-Nacht-Temperaturschwankungen, Wasserknappheit, Bodenheterogenität, mikrobiellen Krankheitserregern, Pflanzenfressern und vielem mehr. Im Kontext des Klimawandels, in dem die Umweltbedingungen zunehmend unvorhersehbarer und extremer werden, kann die Erforschung der natürlichen Widerstandsfähigkeit von Pflanzen dazu beitragen, überlebensfähige und gedeihende Nutzpflanzen zu entwickeln. Dies gewährleistet die Ernährungssicherheit, schützt Ökosysteme und unterstützt eine nachhaltige Landwirtschaft in einer sich schnell verändernden Welt.

Unter Stress aktivieren Pflanzen eine Vielzahl von Reaktionen, um sich an die neuen Bedingungen anzupassen, beispielsweise die Produktion kleiner Lipid-Signalmoleküle in der die Zellen umgebenden Plasmamembran. Mithilfe von Genetik, molekularen Techniken, modernster Mikroskopie und der Analyse von Lipiden, die unter unterschiedlichen Umständen an verschiedenen Stellen in Pflanzenzellen vorhanden sind, zeigt diese Studie, wie diese kleinen Lipidmoleküle zum endoplasmatischen Retikulum transportiert werden. In diesem Membrannetzwerk werden sie nach mehreren chemischen Reaktionen, die ihre Struktur verändern, wieder zur Plasmamembran zurücktransportiert. Darüber hinaus zeigt die Forschung, wie dieses Transportsystem es Pflanzen ermöglicht, sich an ungünstige Bedingungen anzupassen.

„Diese Moleküle sind für die Pflanze unerlässlich, um sich an widrige klimatische Bedingungen anzupassen, beispielsweise indem sie die Stomata schließen, um Wasserverlust zu verhindern, oder indem sie der Wurzel ermöglichen, weiter zu wachsen, um in größeren Tiefen Wasser zu finden. Das Problem ist, dass diese Moleküle bei ungünstigen Bedingungen ausgehen. Dieses Recycling verhindert dies“, erklärt Miguel A. Botella, der IHSM-Forscher, der die Studie leitet.

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit den Forschern Selene García-Hernández, Vitor Amorim-Silva, José Moya-Cuevas, Jessica Pérez-Sancho und Noemí Ruiz-López vom IHSM La Mayora (CSIC-UMA) durchgeführt; Dr. Rafael Catalá und Julio Salinas vom Margarita Salas Center for Biological Research (CIB-CSIC); Dr. Vedrana Marković und Yvon Jaillais von der École Normale Supérieure de Lyon (ENS Lyon); und Dr. Richard Haslam, Louise Michaelson und Johnathan Napier von Rothamsted Research im Vereinigten Königreich.

„Unsere Arbeit ermöglicht es uns zu verstehen, wie diese kleinen Nanodomänen zwischen zwei verschiedenen Membranen als Autobahnen fungieren, die es der Pflanze ermöglichen, die Plasmamembran mit Signalmolekülen aufzufüllen“, schließt Botella.