Eisen ist ein lebenswichtiger Mikronährstoff für Pflanzen und unverzichtbar für die Photosynthese, Atmung und verschiedene Stoffwechselprozesse. Obwohl es im Boden reichlich vorhanden ist, liegt Eisen oft in unlöslicher Form vor, insbesondere in kalkhaltigen Böden, was die Aufnahme durch Pflanzen erschwert. Diese begrenzte Verfügbarkeit kann die Ernteerträge und die Pflanzengesundheit erheblich beeinträchtigen.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist ein tieferes Verständnis der Eisenaufnahme- und Regulierungsmechanismen in Pflanzen erforderlich. Dies kann zu verbesserten landwirtschaftlichen Praktiken und der Entwicklung von Nutzpflanzen führen, die besser an Eisenmangelbedingungen angepasst sind.
Forscher der Nanjing Agricultural University haben auf diesem Gebiet bedeutende Fortschritte gemacht, indem sie die Wechselwirkung zwischen einem Calmodulin-ähnlichen Protein und einem apfelspezifischen BTB-Domänenprotein untersuchten, das für die Eisenhomöostase von entscheidender Bedeutung ist. Ihre Ergebnisse erschienen im Gartenbauforschung Zeitschrift am 25. März 2024.
Die Studie zeigte, dass MdCML15 als vorgelagerter Regulator von MdBT2 fungiert, das an der Ubiquitinierung und dem Abbau von MdbHLH104 beteiligt ist. Dieser Prozess führt zu einer verringerten Expression von MdAHA8, einer Plasmamembran-H+-ATPase, die für die Eisenaufnahme entscheidend ist. Folglich wirkt sich die Interaktion zwischen MdCML15 und MdBT2 negativ auf die Fähigkeit der Pflanze aus, die Rhizosphäre anzusäuern und Eisen aufzunehmen.
Transgene Apfelpflanzen, die MdCML15 überexprimieren, zeigten unter eisenarmen Bedingungen im Vergleich zu Wildtyppflanzen eine verringerte Eisenaufnahme und schwere Chlorose. Umgekehrt zeigten Pflanzen mit unterdrückter MdCML15-Expression unter denselben Bedingungen eine erhöhte Eisenaufnahme und ein verbessertes Wachstum.
Diese Erkenntnisse bieten neue Einblicke in das Regelnetzwerk der Eisenaufnahme in Apfelbäumen und unterstreichen das Potenzial einer gezielten Behandlung mit MdCML15 zur Verbesserung der Eisenaufnahme in Nutzpflanzen.
Dr. Chun-Xiang You, einer der korrespondierenden Autoren, erklärte: „Unsere Ergebnisse unterstreichen die komplexen Regulierungsmechanismen, mit denen Pflanzen die Nährstoffaufnahme ausbalancieren und Toxizität vermeiden. Das Verständnis der Rolle von Proteinen wie MdCML15 in diesen Prozessen eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Nutzpflanzensorten mit verbesserter Nährstoffeffizienz.“
Diese Forschung liefert wertvolle Einblicke in die molekularen Mechanismen der Eisenregulierung bei Apfelbäumen. Durch Manipulation der Expression von MdCML15 könnte es möglich sein, die Eisenaufnahme in Nutzpflanzen zu steigern, was zu verbessertem Wachstum und Ertrag führt, insbesondere auf eisenarmen Böden. Dieses Wissen kann in Zuchtprogramme und biotechnologische Ansätze einfließen, die auf die Entwicklung nährstoffeffizienter Nutzpflanzensorten abzielen.
Mehr Informationen:
Xiao-Juan Liu et al., Calmodulin-ähnliches Protein MdCML15 interagiert mit MdBT2, um die Eisenhomöostase im Apfel zu modulieren, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae081