So wie Menschen einen Sonnenbrand bekommen können, können auch Pflanzen unter zu viel Sonnenlicht leiden. Um gesund zu bleiben, nutzen sie einen internen „Sonnenschutzmechanismus“. Pierrick Bru, ein Ph.D. Eine Studentin, die mit Alizée Malnoë am Umeå Plant Science Center und der Universität Umeå zusammenarbeitet, hat eine spezielle Komponente dieses Mechanismus namens qH untersucht und herausgefunden, dass sie recht anpassungsfähig ist.
Der Zauber photosynthetischer Organismen besteht darin, dass sie aus Sonnenlicht Energie erzeugen können. Pflanzen haben winzige Strukturen in ihren Zellen, die, ähnlich wie Mini-Solarmodule, Sonnenlicht einfangen und es in energiereiche Verbindungen umwandeln, die die Pflanze dann nutzt, um zu wachsen und gesund zu bleiben.
Bei zu viel Licht können diese Strukturen jedoch überlastet und beschädigt werden. Um dies zu verhindern, nutzen Pflanzen einen Mechanismus, der überschüssiges Sonnenlicht in Wärme umwandelt und diese so unschädlich abgeben kann.
„In unserer Forschung haben wir uns auf qH konzentriert, das eine der Komponenten dieses Mechanismus ist. Diese Komponente funktioniert nicht schnell. Das Ein- und Ausschalten dauert Stunden und sie ist vor allem dann aktiv, wenn Pflanzen längere Zeit übermäßigem Lichtstress ausgesetzt sind.“ in Kombination mit anderen Umwelteinflüssen wie Kälte und/oder Dürre“, sagt Pierrick Bru.
Um mehr über qH zu erfahren, führten Pierrick und seine Kollegen die Studie am pflanzlichen Modellorganismus Arabidopsis thaliana durch Experimente. Sie modifizierten die Anlage, indem sie eines oder mehrere der Mini-Solarmodule entfernten, und stellten fest, dass die Anlage über ein Backup-System verfügt: Wenn ein Modul fehlt, können die anderen dies kompensieren. Wenn jedoch ein bestimmtes kleines Panel namens Lhcb6 nicht vorhanden ist, kann qH nicht richtig funktionieren und weniger überschüssiges Sonnenlicht wird in Wärme umgewandelt.
Die Forscher haben auch andere Akteure untersucht, die den qH-Mechanismus steuern. Sie fanden heraus, dass zwei dieser Akteure am Aufbau oder der Reparatur des Photosystems II beteiligt sind – einer der beiden Funktionseinheiten, in denen die Photosynthese stattfindet. Wenn einer der beiden gefundenen Akteure nicht gut funktionierte, konnte das Photosystem II nicht wie gewohnt funktionieren. Dieser Mangel verursachte auch Probleme bei der Fähigkeit der Pflanze, den qH-Sonnenschutzmechanismus zu nutzen.
Pierrick Bru und seine Kollegen werden weiterhin untersuchen, wie genau sich die Defekte des Photosystems II auf den qH-Schutzmechanismus auswirken. Dieses Verständnis wird Türen für die Untersuchung öffnen, ob der Lichtschutz qH in Nutzpflanzen ähnlich reguliert wird.
„Pflanzen leiden bereits jetzt unter extremeren Wetterbedingungen, die durch den Klimawandel verursacht werden. Dies wird sich auf unsere Fähigkeit auswirken, gesunde Pflanzen und gute Lebensmittel für die wachsende Bevölkerung anzubauen. Wenn wir verstehen, wie qH funktioniert und wie Pflanzen mit Umweltstress umgehen, können wir Wege finden, dies zu erreichen.“ „Verbessern Sie die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen übermäßiges Sonnenlicht, verbessern Sie das Pflanzenwachstum und steigern Sie die Produktivität in der Landwirtschaft“, sagt Pierrick Bru.
Mehr Informationen:
Bru, Pierrick, Untersuchung des molekularen Mechanismus des Lichtschutzes, qH, in Arabidopsis thaliana