Nimm zwei!

Kölner Max-Planck-Forscher haben herausgefunden, wie Protein-Kinasen in Pflanzen die Anpassung an andere Lichtbedingungen steuern

21.10.2005

Wenn sich die Lichtverhältnisse verändern, muss sich die Pflanze darauf einstellen und anpassen, wobei man drei unterschiedliche Arten der Anpassung unterscheidet. Die Pflanze dreht dabei an den Knöpfen der Photosynthese-Maschinerie und verändert wichtige "Protein-Zahnräder". Max-Planck-Wissenschaftler beschreiben , wie zwei Protein-Kinasen, also Enzyme, die Phosphat-Gruppen an andere Proteine anhängen, die verschiedenen Anpassungen des Photosynthese-Apparats steuern und damit der Pflanze ermöglichen, sich besser an veränderte Lichtbedingungen anzupassen.

Für die Anpassung der Photosynthese an andere Lichtverhältnisse gibt es drei Mechanismen: 1. die kurzfristige Anpassung, bei der die Licht sammelnden Antennen innerhalb von Minuten umgebaut werden, 2. die langfristige Anpassung, bei der die Zusammensetzung und das Verhältnis der Photosystem zueinander innerhalb von Tagen verändert wird, und 3. die Phosphorylierung bestimmter Proteine des Photosystem II, von der man bisher annahm, dass dies für den Austausch defekter Photosyntheseproteine erforderlich ist.

Ein kleiner molekularer Helfer, die Protein-Kinase STN7, ist für die erste und zweite Form der Anpassung zuständig, und eine verwandte Kinase, STN8, für die dritte Art der Anpassung. Während die Funktion von STN7 bei der ersten Form der Anpassung bereits bekannt war, konnte das Forscherteam aus Köln und München mit Unterstützung aus Jena und Düsseldorf zeigen, dass STN7 auch für die zweite Form der Anpassung erforderlich ist und die Rolle des Enzyms STN8 bei der dritten Art der Anpassung aufklären. Das Team um Dario Leister vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln hat damit einen Meilenstein in der Erforschung der Anpassung des Photosynthese-Mechanismus an veränderte Lichtbedingungen gesetzt.

STN8 verändert das Herz des Photosystems II, indem es dort Proteine phosphoryliert. Diese Phosphorylierung wurde für lange Zeit als entscheidend beim Austausch defekter Proteine des Photosystem II angesehen. Die Forscher konnten jedoch zeigen, dass die Phosphorylierung von Proteinen des Photosystems II nicht Maß gebend für deren Austausch ist. Damit stellt sich jetzt die Frage, wofür diese Phosphorylierung überhaupt benötigt wird. Dieser sowie der Frage, wie die STN7-Kinase die kurz- und langfristige Anpassung der Photosynthese koordiniert, wollen die Forscher in Zukunft nachgehen. Erste Anhaltspunkte konnten sie bereits liefern: Die Phosphorylierung bestimmter photosynthetischer Proteine scheint für die Regulation spezieller Gene im Chloroplasten und im Zellkern Maß gebend zu sein.

Originalveröffentlichung: V. Bonardi, P. Pesaresi, T. Becker, E. Schleiff, R. Wagner, T. Pfannschmidt, P. Jahns, D. Leister; "Photosystem II core phosphorylation and photosynthetic acclimation require two different protein kinases"; Nature 2005.

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