Eine überraschende Wendung wurde in einer Studie von Forschern der Eötvös-Loránd-Universität (ELTE) gefunden, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Grenzen der Pflanzenwissenschaft. Ihre Forschung hat ergeben, dass der Mechanismus der Eisenaufnahme durch Plastiden in Abwesenheit von Licht dem durch die Photosynthese erleichterten Prozess ähnelt. Ihre Entdeckung könnte Auswirkungen auf unser Ernährungs- und Gesundheitswissen und seine Anwendungen haben, da unsere pflanzlichen Lebensmittel und ihre Plastiden eine wichtige Eisenquelle für den Menschen darstellen.
Eisen ist einer der wichtigsten Mineralstoffe für lebende Organismen. Daher ist es sowohl bei Menschen als auch bei Pflanzen von entscheidender Bedeutung für Enzyme, die an lebenswichtigen Prozessen wie der Zellatmung oder der Photosynthese beteiligt sind. Der Eiseneinbau in diese Enzyme ist daher für den Stoffwechsel unerlässlich.
Die Photosynthese – der Stoffwechselprozess, der Sonnenlichtenergie nutzt, um in Pflanzen organisches Material aus Kohlendioxid und Wasser herzustellen – erfordert daher Eisen. Da die Photosynthese im Inneren von Chloroplasten stattfindet, muss Eisen innerhalb der Pflanzenzelle in diese Organellen transportiert werden. Am Institut für Pflanzenphysiologie und Molekulare Pflanzenbiologie der Eötvös-Loránd-Universität untersuchen Dr. Ádám Solti und sein Forschungsteam seit vielen Jahren die molekularen Prozesse, die die Eisenaufnahme von Chloroplasten ermöglichen.
„Aufgrund der Bedeutung der Photosynthese wissen wir viel über photosynthetisch aktive Plastiden und untersuchen seit langem ihre Eisenaufnahme. Die Eisenaufnahme durch Chloroplasten erfordert Licht.
„Es ist seit langem eine Frage, ob die Eisenaufnahme in Pflanzengeweben, die keinem Sonnenlicht ausgesetzt sind, die gleiche ist wie in Chloroplasten.“
erklärt die Grundidee der Forschung Máté Sági-Kazár, Ph.D. Student. Benötigt wurde lediglich ein geeignetes Forschungsobjekt, aus dem für die Untersuchung große Mengen an Plastiden unterschiedlicher Entwicklungsstadien isoliert werden konnten. Das Testobjekt lag praktisch auf dem (Küchen-)Tisch.
Wir alle kennen Wirsing gut. Die Wirsingköpfe sind riesige, veränderte Knospen, aus deren Stiel eine Reihe von Blättern unterschiedlicher Farbe und unterschiedlichen Entwicklungsstadiums hervorgehen.
An einem halbgeschnittenen Wirsingkopf sieht man, dass die äußeren Blätter, wenn man dem Licht ausgesetzt ist, grün sind, aber wenn wir uns nach innen bewegen, verblassen die Blätter allmählich und die innersten, kleinsten und jüngsten Blätter sind weiß-gelblich. Dieses Phänomen hängt mit der Tatsache zusammen, dass Angiospermenpflanzen ohne Licht kein Chlorophyll, den grünen Farbstoff, produzieren und ohne Licht keine Photosynthese betreiben können.
„Die inneren Blätter von Kohlköpfen werden von den äußeren grünen Blättern praktisch beschattet und somit vor Licht geschützt, so dass sich nach und nach ein Lichtdefizit entwickelt, das sich nach innen in das Innere der Kohlköpfe bewegt. Anstelle der Ansammlung grüner Chlorophylle in den inneren Blattschichten können wir nur.“ Sehen Sie die gelbliche Farbe der vorhandenen Carotinoide und in ihnen entwickeln sich spezielle Arten von photosynthetisch inaktiven Plastiden, die sogenannten Etioplasten, wie bereits zuvor im Fall von Weißkohl beschrieben“, erklärt Dr. Katalin Solymosi, eine der Teilnehmerinnen Forschung und sprechen dabei über die Vorteile der für die Experimente verwendeten Pflanze.
Diese multiinstitutionelle und multiforschende Studie hat daher die Eisenaufnahmemechanismen der Plastiden von Blättern untersucht, die photosynthetisch inaktiv sind, und sie mit denen verglichen, die photosynthetisch inaktiv sind. Die erstmals beobachteten physiologischen Prozesse zeigten, dass die Eisenaufnahme der Plastiden genau – wenn auch in geringerem Maße – dem gleichen Prinzip folgt wie das der Chloroplasten.
„Während der letzten fünfzehn Jahre ging man davon aus, dass die Aufnahme von Eisen durch Chloroplasten ausschließlich mit der Photosynthese und in geringerem Maße mit der direkten chemischen Reduktion von Eisen durch Sonnenlicht zusammenhängt. Die Ergebnisse unserer Studien haben zu einer überraschenden Veränderung geführt.“ was wir bisher über die lebenswichtige Nährstoffhomöostase von Organellen wussten“, fasste Dr. Ádám Solti, der Leiter der Forschung, zusammen.
Alle diese grundlagenwissenschaftlichen Studien sind von besonderem Interesse für die Lebensmittelindustrie und das Gesundheitswesen, da unsere pflanzlichen Lebensmittel und ihre Plastiden eine wichtige Eisenquelle für den Menschen darstellen. Daher ist es wichtig zu verstehen, welche Faktoren bei der Aufnahme und Anreicherung von Eisen in Plastiden eine wichtige Rolle spielen und wie diese verbessert oder reguliert werden kann.
Mehr Informationen:
Máté Sági-Kazár et al., Die Eisenaufnahme von Etioplasten ist unabhängig von der Photosynthese, wendet jedoch die reduktionsbasierte Strategie an. Grenzen der Pflanzenwissenschaft (2023). DOI: 10.3389/fpls.2023.1227811