Münster. Licht verändert sich ständig. Für Pflanzen bedeutet das eine Herausforderung, denn ihre Photosynthese muss auch bei Sonne, Schatten und Wolken stabil arbeiten. Ein Forschungsteam der Universität Münster hat nun bei der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, der diese Anpassung steuert.
Die Studie zeigt, wie ein molekularer Regelkreis verhindert, dass die Lichtanpassung übersteuert. Dadurch gewinnen Forschende neue Einblicke in die Frage, wie Pflanzen ihre Energieproduktion effizient kontrollieren.
Photosynthese findet in den Chloroplasten statt. Dort wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt, die Pflanzen für Wachstum und Stoffwechsel benötigen. Entscheidend sind dabei zwei Reaktionszentren: Photosystem I und Photosystem II.
Beide Systeme nutzen Licht unterschiedlicher Wellenlängen besonders gut. Wenn sich die Lichtverhältnisse ändern, müssen Pflanzen die Energieaufnahme zwischen diesen beiden Photosystemen ausgleichen. Nur so bleibt die Photosynthese effizient.
Das Team um Prof. Dr. Michael Hippler und Dr. Felix Buchert vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen untersuchte die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Im Mittelpunkt standen der Cytochrom-b6f-Komplex und die Proteinkinase STT7.
Beide sind an den sogenannten State Transitions beteiligt. Diese Zustandsübergänge helfen Pflanzen, ihre Lichtsammelkapazität flexibel an wechselnde Bedingungen anzupassen.
Bereits bekannt war, dass der Cytochrom-b6f-Komplex STT7 aktiviert. Neu ist nun der Nachweis einer Rückkopplung: STT7 verändert eine Untereinheit des Cytochrom-b6f-Komplexes, die PetD genannt wird. Diese Veränderung geschieht an der Stelle Threonin 4.
Anschließend wird STT7 wieder deaktiviert. Der Mechanismus wirkt damit wie eine molekulare Bremse. Pflanzen können schnell auf verändertes Licht reagieren, verhindern aber zugleich, dass der Schalter zu lange aktiv bleibt.
Für die Studie kombinierten die Forschenden genetische Methoden, Messungen der Photosynthese-Leistung und biochemische Analysen. Dabei zeigte sich, dass der N-terminale Bereich von PetD besonders wichtig ist.
Wurde dieser Bereich verändert, waren sowohl die Funktion des Cytochrom-b6f-Komplexes als auch die Aktivierung von STT7 beeinträchtigt. Das bestätigt die zentrale Rolle von PetD bei der Steuerung der Lichtanpassung.
Die Ergebnisse wurden in Nature Plants veröffentlicht. Neben der Universität Münster waren auch Forschende der Stanford University und der Sorbonne Université beteiligt. Gefördert wurde die Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.
Die Entdeckung zeigt, wie präzise Pflanzen ihre Energiegewinnung regulieren. Für die Pflanzenforschung ist das wichtig, weil besser verständlich wird, wie Pflanzen auch bei wechselnden Umweltbedingungen leistungsfähig bleiben.
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