Es wurde festgestellt, dass Magnesiummangel schädlich für Pflanzen ist

Die Bedeutung von Magnesium in Pflanzen und Tieren ist seit langem bekannt, die Einzelheiten seiner Aufnahme und seines Transports in Pflanzen sind jedoch weitgehend unerforscht. Die jüngsten Ergebnisse einer internationalen Zusammenarbeit unter der Leitung von Cornelia Spetea (Universität Göteborg), veröffentlicht in Grenzen der Pflanzenwissenschaftliefern neue Erkenntnisse über die Rolle der Magnesiumaufnahme durch Pflanzen bei der Photosynthese und bei der Funktion von Chloroplasten.

Die Daten zeigen, dass die Aktivität von Magnesiumtransportproteinen für den Pflanzenstoffwechsel und die Chloroplastenfunktion von wesentlicher Bedeutung ist und sich auf Wachstum und landwirtschaftlichen Ertrag auswirkt.

Magnesiummangel geht beim Menschen oft mit unangenehmen Symptomen einher. Das bekannteste davon sind vielleicht Muskelkrämpfe in den Beinen. Denn Magnesium ist für die Funktion von mehr als 300 Enzymen unerlässlich, die für die ordnungsgemäße Aktivität des Nervensystems und der Muskeln, die Synthese von Proteinen, DNA und RNA sowie die Regulierung von Blutzucker und Blutdruck verantwortlich sind.

Magnesium ist auch ein essentieller Mineralstoff für Pflanzen, wo es für die Funktion vieler Proteine ​​benötigt wird, einschließlich der Enzyme, die an der photosynthetischen Kohlenstofffixierung in Chloroplasten beteiligt sind. Weitere Rollen dieses Ions bei der Photosynthese sind der Einbau in das Porphyrin-Gerüst des grünen Pigments Chlorophyll und die Beteiligung an der Organisation photosynthetischer (Thylakoid-)Membranen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass 15–35 % des gesamten Magnesiumgehalts von Pflanzen in Chloroplasten enthalten sind.

Trotz seiner Bedeutung ist relativ wenig darüber bekannt, wie Magnesium von Pflanzen aufgenommen und durch ihren Körper und ihre Zellen transportiert wird. Für das richtige Wachstum und die gesunde Entwicklung unserer Pflanzen,

Es ist wichtig zu verstehen, wie im Boden vorhandene essentielle Nährstoffe von den Wurzeln an den Ort transportiert werden, an dem sie in den Pflanzen verwendet werden, beispielsweise in den Chloroplasten für die Photosynthese.

Die Ionen können Membranen nur über spezielle Ionenkanäle und Transporter passieren. Unter der Leitung von Cornelia Spetea untersuchte ein Forscherteam aus Schweden, Japan, Ungarn, Dänemark und den USA, wie Magnesium in das photosynthetische Organell der Pflanze, den Chloroplasten, gelangt.

Die Arbeit wurde kürzlich veröffentlicht in Grenzen in der Pflanzenwissenschaft, charakterisierten die Funktion von drei Proteinen aus zwei verschiedenen Familien, die zuvor in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana identifiziert wurden. Diese werden Magnesium Release 8 und 9 (MGR8, MGR9) und Magnesium Transporter 10 (MGT10) genannt.

Alle drei untersuchten Proteine ​​befinden sich in der Hülle des Chloroplasten und sind am Transport von Magnesium durch diese Membran beteiligt. Es wurde auch gezeigt, dass sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener Prozesse während der Photosynthese spielen. Die Arbeit identifizierte und charakterisierte außerdem erstmals ein Protein aus der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, MRS4, das eine ähnliche Funktion wie das in Arabidopsis beschriebene MGT10 hat.

Die Analysen legen nahe, dass das MGT10-Protein ein Magnesiumionenkanal ist, während MGR8 und MGR9 Magnesiumtransporter sind, die möglicherweise die Anwesenheit von Natriumionen erfordern. Dieses Phänomen ist aus mehreren Gründen von Interesse: Erstens, weil Natrium kein essentieller Nährstoff für Pflanzen ist und so wenig über seine Transportmechanismen innerhalb der Pflanzenzelle bekannt ist, und zweitens, weil die Anwesenheit dieses Ions einen negativen Einfluss auf die Photosynthese hat. unter anderem bei Pflanzen, die in salzhaltigen oder stark salzhaltigen Böden wachsen.

„Wir beobachteten einen deutlichen Rückgang der Photosyntheseleistung der mutierten Pflanzen, denen ein oder zwei dieser Magnesiumtransportproteine ​​fehlen, was die Bedeutung dieses Elements im Pflanzenstoffwechsel unterstreicht“, sagt Professorin Cornelia Spetea von der Universität Göteborg.

Die Bedeutung der Aufnahme von Magnesium durch den Chloroplasten und die Rolle von MGT10 in diesem Prozess zeigt sich auch daran, dass mutierte Pflanzen, denen dieses Protein vollständig fehlt (Knock-out), nicht lebensfähig sind.

Daher konnten in den Studien nur sogenannte Knock-Down-Mutantenpflanzen analysiert werden, bei denen die Expression dieses Gens geringer ist und die somit über eine geringere Menge des Proteins verfügen. Diese mutierten Pflanzen hatten gelbe Blattadern anstelle der grünen Blattadern, die bei Wildtyp-Pflanzen beobachtet wurden. Die gelben Blattadern weisen darauf hin, dass die Chlorophyllbildung in diesen Regionen gehemmt ist.

„Darüber hinaus wurde eine besondere Thylakoid-Organisation in den Zellen in der Nähe der Blattadern beobachtet. Selbst innerhalb derselben Zelle gab es Chloroplasten mit normalen Thylakoiden sowie einige mit Thylakoiden, die in großen Grana (sog. Makro-Grana) und kleinen Membranen organisiert waren Vesikel“, erklärt Katalin Solymosi von der Eötvös-Loránd-Universität in Ungarn, die die mikroskopischen Analysen durchführte.

Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um genau zu verstehen, warum zwei unterschiedlich organisierte Plastidentypen in einer einzelnen Zelle vorhanden sind.

Die gelbe Verfärbung der Blattadern ist auch typisch für bestimmte Virusinfektionen und einen Mangel an anderen lebenswichtigen Nährstoffen wie Eisen. Diese Studien legen nahe, dass ähnliche Symptome auch bei unzureichendem intrazellulärem Transport von Magnesium auftreten können und dass das Vorhandensein und die ordnungsgemäße Funktion der untersuchten Proteine ​​für den Pflanzenstoffwechsel und damit die Landwirtschaft von wesentlicher Bedeutung sind.