Die Lipidproduktion in Pflanzen erfordert die Zusammenarbeit zweier Organellen, wie eine Studie zeigt

Zwei Enzyme, die Pflanzen benötigen, um Öle in verschiedenen Organellen leben zu lassen, haben zwei RIKEN-Forscher herausgefunden. Diese Erkenntnisse werden dazu beitragen, Bemühungen zur Optimierung des Stoffwechsels von Pflanzen zu unterstützen, um ihre Produktion von Ölen zu steigern, die unter anderem als Biokraftstoffe verwendet werden können.

Membranlipide bilden nicht nur die Bausteine ​​für die Zellmembranen von Pflanzen, sondern sind auch die Vorläufer für die in Samen gespeicherten Öle. Sie erregen daher Aufmerksamkeit in der Forschung, die sich mit der Veränderung des Pflanzenstoffwechsels beschäftigt, um die Produktion industriell nutzbarer Öle zu steigern.

„Öl ist das Hauptspeicherlipid von Samen und nicht nur wichtig für das Pflanzenwachstum, sondern auch als Rohstoff für verschiedene Industrieprodukte, darunter Biodiesel“, erklärt Yuki Nakamura vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS). „Da Öle aus Zuckern gewonnen werden, die durch Photosynthese in Pflanzen aus Kohlendioxid in der Atmosphäre entstehen, wird die Forschung zu Lipiden voraussichtlich zur Bioproduktion beitragen, was zur Verwirklichung einer kohlenstoffarmen Gesellschaft beitragen wird.“

Öle werden im endoplasmatischen Retikulum gebildet – einer großen Struktur in Pflanzenzellen, die mehrere Funktionen erfüllt. Ein wichtiger Schritt in der Lipidsynthese wird durch ein Enzym namens Phosphatidsäurephosphatase katalysiert. Es gibt etwa ein Dutzend verschiedene Formen mit leicht unterschiedlichen Aminosäuresequenzen, aber es war nicht bekannt, welche dieser Formen für die Lipidsynthese essentiell sind.

Nun haben Nakamura und Van Nguyen, ebenfalls am CSRS, gezeigt, dass zwei Formen der Phosphatidsäurephosphatase, LPPα2 und LPPα1, erforderlich sind, um Lipide in der Ackerschmalwand herzustellen. Die Forschung ist veröffentlicht in Die Pflanzenzelle.

Als die Forscher die Gene, die für LPPα2 und LPPα1 kodieren, ausschalteten, überlebten die daraus resultierenden Pflanzen nicht.

Überraschenderweise fanden die Forscher heraus, dass sich die Formen nicht in denselben Organellen befinden: LPPα2 befindet sich im endoplasmatischen Retikulum, während LPPα1 in der Nähe in Chloroplasten zu finden ist – dem Ort, an dem die Photosynthese stattfindet. „Es macht Sinn, dass sich ein Enzym im endoplasmatischen Retikulum befindet, weil dort der Stoffwechselweg stattfindet, aber wir wissen noch nicht, warum sich das andere Enzym im Chloroplasten befindet“, kommentiert Nakamura.

Dieser Befund impliziert, dass die beiden Organellen miteinander kommunizieren müssen, um Lipide zu produzieren – etwas, das Nakamura in Zukunft gerne erforschen möchte.

Die Entdeckung war für Nakamura besonders erfreulich, da sie eine Frage beantwortet, die er während seiner Doktorarbeit hatte. Vor etwa 15 Jahren. „Ich bin sehr zufrieden mit dieser Erkenntnis, denn sie löst eine Frage, die mich schon seit langem beschäftigt“, sagt er.