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Blaulicht und die Gene von Pflanzen

31.10.1997 - (idw) Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Botanische Grundlagenforschung an der Ackerschmalwand

Die Gene des unscheinbaren Gewaechses Arabidopsis thaliana, auf deutsch Mausohrkresse oder Ackerschmalwand genannt, wurden relativ frueh und recht umfassend mit Methoden der klassischen Genetik analysiert. Mittlerweile kann die Forschung auf ein ganzes Arsenal an Mutanten zurueckgreifen. Weil bei dieser Pflanze zudem Techniken der Molekularbiologie angewendet werden koennen, gilt sie als Modell fuer die Grundlagenforschung. So auch am Julius von Sachs-Institut fuer Biowissenschaften der Universitaet Wuerzburg.

Dort untersucht die Gruppe um Prof. Dr. Ralf Kaldenhoff Vorgaenge, die durch blaues Licht gesteuert werden - zum Beispiel die Bluetenbildung der Ackerschmalwand. Die Wuerzburger Botaniker konnten zeigen, dass durch die Bestrahlung mit blauem Licht die Aktivitaet einer Reihe bestimmter Gene gesteigert wird. Jetzt konzentrieren sie sich darauf, zwei dieser durch Blaulicht aktivierten Gene und deren Proteine zu charakterisieren. Im ersten Fall handelt es sich um ein Gen, das die Information fuer die Synthese einer sogenannten Rezeptor-Protein-Kinase enthaelt. Proteine dieser Familie sind vom Menschen bekannt, wo sie als Rezeptoren fuer Peptid-Hormone, zum Beispiel Insulin, wirken. Sie empfangen und leiten Signale, indem sie nach der Anlagerung des Hormons eine enzymatische Aktivitaet entwickeln, die eine Veraenderung (Phosphorylierung) weiterer Proteine verursacht. Sowohl Proteine der Rezeptor-Protein-Kinase-Familie als auch Peptid-Hormone sind in Pflanzen erst kuerzlich entdeckt worden und ihre Funktionen sind noch weitgehend unbekannt. Folgende Fragen will Prof. Kaldenhoff klaeren: Welche Bedeutung hat die Aktivitaet der Rezeptor-Protein-Kinase bei der UEbermittlung des Blaulichtsignals? Welche Molekuele binden an das Protein? Sind sie mit Peptid-Hormonen verwandt? Welche Proteine werden vom Kinase-Anteil veraendert? Zudem analysieren die Wissenschaftler ein Protein, dessen Gen ebenfalls durch Blaulicht reguliert wird. Es gehoert zu einer Klasse von Proteinen, die als Bestandteile zellulaerer Membranen bekannt sind und ein erleichtertes Passieren von Wasser durch die wasserabstossenden Membranen ermoeglichen. Deshalb heissen sie Aquaporine, also Poren fuer Wasser. Da ihre molekulare Funktion weitestgehend geklaert ist, draengt sich nun die Frage nach ihrer Bedeutung fuer die gesamte Pflanze auf. Diese Frage will Prof. Kaldenhoff beantworten, indem die Aktivitaet des entsprechenden Gens mit Hilfe eines sogenannten Antisense-Ansatzes herabgesetzt wird. Das hat zur Folge, dass das Aquaporin-Protein letztendlich in der Pflanze fast nicht mehr nachzuweisen ist. Aus dem Vergleich der Antisense- mit Kontroll-Pflanzen laesst sich dann unter Umstaenden auf die Funktion der Aquaporine schliessen. Die bisherigen Untersuchungen legen eine Bedeutung bei Streckungsvorgaengen - unter anderem der Sprossachsenverlaengerung bei der Bluetenbildung - und beim UEbergang von Wasser in das Leitgewebe der Pflanze nahe. Die funktionelle Analyse der Proteine waere auch mit Hilfe einer Mutation im jeweiligen Gen moeglich, wodurch das Protein total ausfallen wuerde. Dann koennten die beteiligten Prozesse durch den Vergleich mit nicht mutierten Pflanzen beschrieben werden. Es sei jedoch problematisch, sagt Botaniker Kaldenhoff, gezielt eine Mutation in einem Gen zu erzeugen. Von Arabidopsis thaliana sind mutierte Linien erhaeltlich, die durch Einbau einer fremden Gensequenz erzeugt wurden. Mit Hilfe einer sehr empfindlichen Nachweistechnik, der sogenannten Polymerase-Ketten-Reaktion, kann festgestellt werden, welche dieser Linien eine Mutation im interessierenden Gen (Aquaporin bzw. Rezeptor-Protein-Kinase) enthaelt. Entsprechende Linien wurden in Wuerzburg bereits identifiziert und werden momentan analysiert. Vom Studium der physiologischen Funktion der Aquaporine erhoffen die Wuerzburger Botaniker ein besseres Verstaendnis der molekularen Vorgaenge des Wassertransports in Pflanzen. Dies kann insbesondere fuer die Anzucht von Pflanzen in Gebieten, die Extreme in der Wasserversorgung der Pflanzen aufweisen, von Bedeutung sein.

Kontakt: Prof. Dr. Ralf Kaldenhoff, Telefon (0931) 888-6107, e-mail: kaldenhoff@botanik.uni-wuerzburg.de


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