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Wie Pflanzen auf molekularer Ebene mit Stress umgehen

Links sind normale Pflanzen und rechts Pflanzen, denen GSNOR entzogen ist, ein regulatorisches Protein, das eine wichtige Rolle bei der Bewältigung von Stress in der Umwelt spielt. Kredit: UMass Amherst Die Biochemikerin Elizabeth Vierling von der University of Massachusetts Amherst erhielt kürzlich ein dreijähriges Stipendium der National Science Foundation in Höhe von 682.982 USD, um zu untersuchen, wie Pflanzen auf molekularer und zellulärer Ebene auf Stress in ihrer Umwelt und auf die Rolle eines regulatorischen Proteins reagieren genannt S-Nitrosoglutathionreduktase (GSNOR).

Vierling hat einen Großteil ihrer Karriere damit verbracht, zu untersuchen, wie Pflanzen auf ihre Umwelt reagieren, insbesondere unter stressigen Bedingungen wie hohen Temperaturen. Sie erklärt: "Ich habe untersucht, wie einzelne Zellen unter Bedingungen, die für Wachstum und Fortpflanzung nicht optimal sind, zurechtkommen und überleben. Eine sehr interessante Sache, die wir im Laufe der Jahre gesehen haben, ist, dass Pflanzenzellen sehr ähnlich auf viele andere Arten reagieren von Zellen, einschließlich menschlicher Zellen. GSNOR kommt in Organismen von Hefen über Pflanzen bis hin zu Menschen vor. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Stickoxid (NO) -Niveaus. "

Die Wissenschaftler, die zum ersten Mal NO beim Menschen meldeten, erhielten 1998 einen Nobelpreis, was ihre Bedeutung unterstreicht, betont sie. In Pflanzen ist NO ein notwendiges Signalmolekül, das Pflanzen hilft, Wasser zu sparen und Samen zu produzieren. Als freies Radikal kann es aber auch Zellen schädigen, wenn der Spiegel zu hoch wird.

In ihrer neuen Reihe von Experimenten an der Modellpflanze Arabidopsis werden Vierling und Kollegen modernste Technologien und Instrumente einsetzen, um dem Hinweis zu folgen, dass GSNOR überschüssiges NO in den Zellen eliminiert und dass Pflanzen, denen GSNOR fehlt, empfindlich gegenüber Hitzestress sind, weniger Samen bilden und erleiden Schaden durch überschüssiges NO.

Die Forschung zielt darauf ab, den Mechanismus zu entdecken, durch den GSNOR NO reguliert und wie es die NO-Wahrnehmung verändern kann. Dieses Projekt könnte Aufschluss darüber geben, wie sich Pflanzen an Belastungen wie Hitze und Dürre anpassen, und könnte einen Beitrag zur Verbesserung der Pflanzenfruchtbarkeit leisten. Da sich der Klimawandel und die sich verändernden wirtschaftlichen Muster auf die Verfügbarkeit von Wasser und anderen Ressourcen auswirken, betont Vierling: "Es wird immer wichtiger, die Steuerung von Pflanzenwachstum, -entwicklung und -produktivität zu verstehen."

Konkret kenne sie bereits die Kristallstruktur von GSNOR, sagt sie, und dass sie mit dem Stickstoffstoffwechsel interagiere und dass zu viel NO Pflanzen schädige. In ihren Experimenten wird untersucht, wie die GSNOR-Aktivität reguliert wird, und es wird versucht zu bestimmen, wie sie wichtige Pflanzeneigenschaften wie die Blütenentwicklung und die Samenproduktion steuern kann. Sie werden auch messen, wie GSNOR-Mutationen das Gleichgewicht von Antioxidantien in lebenden Pflanzen verändern. Antioxidantien sind für die Pflanzengesundheit ebenso wichtig wie für die menschliche Gesundheit.

Laut Vierling ist diese Arbeit aufgrund der jüngsten technischen Fortschritte und der hochmodernen Instrumente von UMass Amherst möglich. "Wir könnten nicht vorschlagen, was wir tun, ohne die neuen Massenspektrometrie-Geräte, die durch das Massachusetts Life Sciences-Stipendium in Höhe von 95 Millionen US-Dollar im Jahr 2013 ermöglicht werden. Es ist ziemlich aufregend, Massenspektrometrie zu verwenden, mit der sich kleinste Massendifferenzen erkennen lassen als weniger als ein halbes Atom Wasserstoff, um Veränderungen, die GSNOR regulieren könnten, direkt zu sehen ", fügt sie hinzu.

Neben der Beteiligung eines Postdoktoranden und eines Doktoranden bietet das Projekt UMass Amherst-Absolventen, Schülern und Lehrern der Amherst Regional High School die Möglichkeit, Laborforschungserfahrung zu sammeln. Das Projekt wird eine abendliche Informationssitzung für die Schüler unterstützen, in der sie mit aktuellen UMass-Studenten über das Studium der Naturwissenschaften sprechen und anschließend einen Tag mit den Studenten auf dem Campus verbringen können.

Zur Verfügung gestellt von der University of Massachusetts Amherst