Eine besondere Rolle bei der Erkennung des Nährstoffs Phosphat spielt das Enzym ITPK1. Außerdem fanden die Wissenschafter des Leibnitz Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und der Universität Bonn heraus, dass die Stoffgruppe der Signalmoleküle sehr empfindlich auf Phosphat reagiert und die von ihr ausgehende Regulation neben Pflanzen auch in menschlichen Zellen vorkommt.
Langfristig könnten die Ergebnisse der Studie dazu führen, dass neue Pflanzensorten entstehen, die mit weniger Phosphatdünger auskommen, was einerseits die Ressourcen schont und andererseits die Auswaschung in Gewässer reduziert. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Molecular Plant“ erschienen.
Signalmoleküle erkennen Phosphat
Die Ressourcen des essentiellen Nährstoffes für alle Lebewesen sind begrenzt und nicht erneuerbar. Die für die Düngerherstellung geeigneten Vorkommen von Phosphat könnten in den kommenden 300 Jahren aufgebraucht sein. Allerdings kann Phosphatdünger in der Landwirtschaft auch in Gewässer weitergeleitet werden und bedroht dort die aquatischen Ökosysteme. Der erhöhte Nährstoffgehalt führt zu übermäßigem Algenwachstum und in Folge zu Sauerstoffmangel.
Schaffen wir es aber das Phosphat ohne negative Effekte auf die Erträge in der Landwirtschaft zu reduzieren, verringert sich einerseits der Abbau und andererseits reduziert sich die Auswaschung in Seen und Flüsse. Deshalb arbeiten Forscher an Strategien Nutzpflanzen phosphateffizienter zu machen, das heisst, dass sie den Nährstoff besser mobilisieren, aufnehmen und bei Bedarf recyceln können.
Die Mechanismen der Phosphaterkennung waren allerdings weitgehend unbekannt. Vor einiger Zeit fand man heraus, dass Pflanzen Phosphat nicht direkt wahrnehmen, sondern unter Mithilfe eines Signalmoleküls (InsP8) aus der Stoffgruppe der Inositolpyrophosphate. Dabei helfen sogenannte SPX-Proteine. Die Produktion von InsP8 sowie seiner Vorstufe InsP7 waren aber unklar. Dies konnte in der neuen Studie an der Universität Bonn nun aufgezeigt werden.
Außerdem konnten die Wissenschafter aufzeigen, dass die Stoffgruppe, zu denen die Signalmoleküle gehören (Inositolpyrophosphate), sehr empfindlich auf Phosphat reagiert und die von ihr ausgehende Regulation nicht nur in verschiedenen Pflanzen und Moosen, sondern auch in menschlichen Zellen stattfindet.
„Die Ergebnisse dieser und weiterer Studien haben weitreichende Konsequenzen für unser Verständnis, wie Organismen Phosphatmangel erkennen und wie physiologische Antworten in Abhängigkeit des Energiestatus generiert werden“, sagt Prof. Dr. Gabriel Schaaf vom INRES der Universität Bonn. „Unsere Arbeit liefert darüber hinaus wichtige Erkenntnisse, wie Nutzpflanzen durch neue Züchtungsmethoden, zum Beispiel durch Genom-Editierung Phosphat-effizienter gemacht und dadurch umweltfreundlicher und ressourcenschonender angebaut werden können.“
Quelle: IPK, Uni Bonn
