Zunächst identifiziert das Team einen mysteriösen Exporteur des Pflanzenhormons Brassinosteroid

Wenn Sie diesen Artikel lesen, arbeiten in Ihrem Körper mehrere Hormone fleißig daran, Ihren Gesundheitszustand zu stabilisieren. Ebenso wie beim Menschen ist es für Pflanzen unmöglich, zu wachsen und sich zu vermehren, ohne durch Phytohormone reguliert zu werden. Eines der Phytohormone ist das Brassinosteroid-Hormon (BR), das auch als sechstes Phytohormon bezeichnet wird.

In einer neuen Studie veröffentlicht In WissenschaftForscher unter der Leitung von Prof. Sun Linfeng von der Abteilung für Biowissenschaften und Medizin der University of Science and Technology of China (USTC) haben zusammen mit Prof. Eugenia Russinova vom VIB-UGent Center for Plant Systems Biology das erste entdeckt BR-Exporteur und präsentierte seine Struktur sowohl im substratungebundenen als auch im Brassinosteroid-gebundenen Zustand.

Brassinosteroid-Hormone (BR) spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Pflanzenentwicklung und -physiologie, einschließlich der Anpassung an Umweltstress. Aufgrund des hohen wirtschaftlichen Nutzens und der beeindruckenden Wirkung werden sie auch häufig in der Landwirtschaft eingesetzt. Frühere Studien zu BR haben deren Synthese, Stoffwechsel und Signalprozesse aufgeklärt, während der Schlüsselmechanismus, durch den das synthetisierte BR innerhalb der Zelle nach außen exportiert wird, um seine Funktion auszuführen, unbekannt bleibt. Mit der Anerkennung des ersten BR-Exporteurs in dieser neuesten Erkenntnis machen die Wissenschaftler jedoch einen großen Schritt nach vorne.

Der neu kooperierende BR-Exporteur ABCB19 galt früher allgemein als Transportprotein für ein weiteres wichtiges Phytohormon, Auxin. Allerdings stimmt der mutierte Phänotyp von ABCB19 nicht vollständig mit dem typischer Auxin-Transporterproteine ​​überein. Auf dieser Grundlage stellte das Team die gewagte Frage, ob ABCB19 über andere Substrate als Auxin verfügt.

Die Forscher suchten nach allen möglichen Beweisen, um ihre Hypothese zu überprüfen. Sie testeten zunächst die ATPase-Aktivitäten des Arabidopsis ABCB19 in Gegenwart verschiedener Phytohormone, darunter Auxine und Brassinosteroide. Die Ergebnisse zeigen, dass die ATPase-Aktivität von ABCB19 durch die bioaktiven Brassinosteroide dosisabhängig stimuliert werden kann, nicht jedoch durch Auxine oder die Vorläufer der Brassinosteroid-Biosynthese. In der Zwischenzeit wurden In-vitro- und In-vivo-Tests verwendet, um den Transport von Brassinosteroiden durch ABCB19 zu bewerten.

Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie konnten die Forscher den Prozess des Exports von Brassinosteroiden durch ABC19 beobachten und die einzigartige Architektur von ABC19 bestimmen, die es ihm ermöglicht, sich an Brassinosteroide zu binden.

Darüber hinaus wurden pflanzenphysiologische und genetische Analysen durchgeführt, um die Rolle von ABCB19 bei der Brassinosteroid-Signalübertragung zu bestätigen. Alle experimentellen Ergebnisse lassen darauf schließen, dass BR das Substrat von ABC19 ist.

„Wir waren eine Zeit lang ziemlich verwirrt, weil unsere Experimentergebnisse nicht mit der allgemeinen Annahme übereinstimmten, dass ABC19 ein Auxin-Exporteur ist. Aber als sich herausstellte, dass Brassinosteroid auch sein Substrat ist, waren wir so begeistert“, sagte zunächst Ying Wei Autor der Studie.

„Das ist eine sehr unerwartete und aufregende Entdeckung“, kommentierte einer der Rezensenten.

„Frühere Forschungen konzentrierten sich mehr auf die Zellebene, was der Grund dafür sein könnte, dass wir all die Jahre über die Tatsache übersehen haben, dass Brassinosteroid das Transportsubstrat ist“, erklärte Prof. Sun. Diese neue Studie verdeutlichte die Rolle von Arabidopsis ABCB19 als Brassinosteroid-Exporteur und eröffnete neue Ideen für die Erforschung der ABC-Familie.

„Zukünftige Forschungen werden die Mechanismen entschlüsseln, die die ABCB19-Aktivierung und die Substratpräferenz regulieren, und hoffentlich weitere Exporteure von Brassinosteroiden identifizieren. Solche Mechanismen werden uns dabei helfen, wirksamere Strategien zur Verbesserung der Pflanzenproduktivität und -resistenz zu entwickeln, indem wir endogene Brassinosteroidmengen und -verteilung modulieren“, sagte Prof. Russinova.