Pflanzen schützen sich vor Umweltgefahren wie Insekten, Trockenheit und Hitze, indem sie Salicylsäure, auch bekannt als Aspirin, produzieren. Ein neues Verständnis dieses Prozesses könnte Pflanzen helfen, den zunehmenden Stress durch den Klimawandel zu überstehen.
Wissenschaftler von UC Riverside haben kürzlich eine bahnbrechende Arbeit in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte berichten, wie Pflanzen die Produktion von Salicylsäure regulieren.
Die Forscher untersuchten eine Modellpflanze namens Arabidopsis, aber sie hoffen, ihr Verständnis der Stressreaktionen in den Zellen dieser Pflanze auf viele andere Pflanzenarten anwenden zu können, einschließlich solcher, die für Lebensmittel angebaut werden.
„Wir möchten das gewonnene Wissen nutzen, um die Pflanzenresistenz zu verbessern“, sagte Jin-Zheng Wang, UCR-Pflanzengenetiker und Co-Erstautor der neuen Studie. „Das wird für die Lebensmittelversorgung in unserer immer heißer werdenden, hellen Welt entscheidend sein.“
Umweltstress führt in allen lebenden Organismen zur Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies oder ROS. Ohne Sonnenschutz an einem sonnigen Tag produziert die menschliche Haut ROS, die Sommersprossen und Verbrennungen verursacht. Hohe Mengen an ROS in Pflanzen sind tödlich.
Wie bei vielen Stoffen liegt das Gift in der Menge. In geringen Konzentrationen haben ROS eine wichtige Funktion in Pflanzenzellen.
„In nicht-tödlichen Mengen sind ROS wie ein Notruf zum Handeln, der die Produktion von Schutzhormonen wie Salicylsäure ermöglicht“, sagte Wang. „ROS sind ein zweischneidiges Schwert.“
Das Forscherteam entdeckte, dass Hitze, unverminderter Sonnenschein oder Trockenheit dazu führen, dass der Zuckerherstellungsapparat in Pflanzenzellen ein erstes Alarmmolekül namens MEcPP erzeugt.
In Zukunft wollen die Forscher mehr über MEcPP erfahren, das auch in Organismen wie Bakterien und Malariaparasiten produziert wird. Die Akkumulation von MEcPP in Pflanzen löst die Produktion von Salicylsäure aus, die wiederum eine Kette von Schutzmaßnahmen in den Zellen einleitet.
„Es ist, als würden Pflanzen ein Schmerzmittel gegen Schmerzen verwenden, genau wie wir es tun“, sagte Wilhelmina van de Ven, UCR-Pflanzenbiologin und Co-Erstautorin der Studie.
Die Säure schützt die Chloroplasten der Pflanzen, die der Ort der Photosynthese sind, einem Prozess, bei dem Wasser und Kohlendioxid zur Energiegewinnung in Zucker umgewandelt werden.
„Da Salicylsäure Pflanzen hilft, Stress zu widerstehen, der durch den Klimawandel immer häufiger wird, stellt die Möglichkeit, die Fähigkeit der Pflanzen zu ihrer Produktion zu erhöhen, einen Schritt nach vorne dar, um die Auswirkungen des Klimawandels auf das tägliche Leben zu bekämpfen“, sagte Katayoon Dehesh, Senior Paper Author und UCR angesehener Professor für molekulare Biochemie.
„Diese Auswirkungen gehen über unsere Nahrung hinaus. Pflanzen reinigen unsere Luft, indem sie Kohlendioxid speichern, spenden uns Schatten und bieten Lebensraum für zahlreiche Tiere. Die Vorteile der Steigerung ihres Überlebens sind exponentiell“, sagte sie.
Jin-Zheng Wang et al., Reziprozität zwischen einem retrograden Signal und einer mutmaßlichen Metalloprotease rekonfiguriert plastidiale Stoffwechsel- und Strukturzustände, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abo0724