Pflanzenwissenschaftler verknüpfen Phospholipid-Erkennung mit der Kontrolle der Genexpression

Pflanzenwissenschaftler wissen seit langem, dass Phosphor ein entscheidender Bestandteil des Pflanzenwachstums ist. Eine wichtige Entdeckung einer Biologin der Kansas State University (K-State) und ihres Labors führt zu einem besseren Verständnis, wie Pflanzen diese Ressource erkennen und nutzen – was möglicherweise zu einer effizienteren Produktion von Nutzpflanzen für Nahrungsmittel, Fasern und Brennstoffe führt.

Ein Forscherteam um Kathrin Schrick, außerordentliche Professorin für Biologie, hat kürzlich veröffentlicht diese Forschung in Neuer Phytologe.

Schricks Labor konzentrierte sich auf einen bestimmten Transkriptionsfaktor, der die Genexpression während der Entwicklung reguliert. Sie entdeckten eine neue Art der molekularen Interaktion zwischen dem Protein und einem fettlöslichen Molekül, das Phosphor enthält, eine Art Phospholipid. Das Phospholipid bindet an den Transkriptionsfaktor, der dann die Genexpression reguliert.

„Wir haben eine Verbindung zwischen der Bindung eines Phospholipids an das regulatorische Protein und der Genexpression, die als Folge davon tatsächlich stattfindet“, sagte Schrick. „Und wir haben ein Modell dafür, wie das Ganze funktioniert. In diesem Fall erfolgt die Wahrnehmung durch die äußere Schicht, in der Epidermis der Pflanze, und irgendwie muss die Pflanze herausfinden, wie viel Phosphor ihr zur Verfügung steht, um ihr Wachstum zu regulieren.“

Schrick sagte, es sei wichtig, Pflanzen zu züchten, die Phosphor effizient nutzen können, da dieser ein essentielles Element für alles Leben ist. Die Erkenntnisse des Teams können Wissenschaftlern dabei helfen, Pflanzensorten zu züchten, die ihren verfügbaren Phosphor besser nutzen können, um Dürre und Klimawandel zu überstehen.

„Diese wichtige Entdeckung verbindet die Phospholipid-Erkennung direkt mit der Kontrolle der Genexpression“, sagte Schrick. „Die Bedeutung dieser Arbeit liegt darin, dass sie enthüllt, wie Pflanzen Informationen über Phosphatwerte aus der Umwelt und aus ihren Zellen nutzen, um zu beeinflussen, welche Gene an- oder ausgeschaltet werden.“

Zu den Co-Autoren der Veröffentlichung gehörten Bachelorstudenten der K-State, darunter Sophia Peery und Ashley Panagakis (Biologie), Kyle Thompson (Ernährungswissenschaften) und Graham Mathews (Informatik). Zu den Co-Autoren gehören außerdem Bilal Ahmad, ein aktueller Doktorand der Biologie, Aashima Khosla und Bibek Subedi, ehemalige Doktoranden, sowie Thiya Mukherjee und Xueyun Hu, ehemalige Postdoktoranden im Schrick-Labor.

Die in der Veröffentlichung behandelten Arbeiten sind das Ergebnis einer laufenden Zusammenarbeit mit der Gruppe von Aleksandra Skirycz, außerordentliche Professorin für Biochemie und Molekularbiologie an der Michigan State University und ehemalige Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Deutschland. Skiryczs Labor führte die Bindungsstudien und Massenspektrometriearbeiten durch, um die Protein-Lipid-Interaktion festzustellen, während die Schrick-Gruppe die genetischen und molekularen Studien durchführte, die die Interaktion mit einer für das Pflanzenwachstum relevanten biologischen Funktion in Verbindung brachten.