Eine neue chemische Behandlung reduziert die Anzahl der Pflanzenporen, die den Wasserverlust regulieren

Forscher am Nagoya University Institute of Transformative Biomolecules (WPI-ITbM) in Japan und Kollegen haben eine chemische Verbindung identifiziert und abgeleitet, die die Spaltöffnungsdichte in Modellpflanzen effektiv reguliert. Spaltöffnungen sind für die Wasserregulierung unerlässlich.

Da die Umwelt immer unvorhersehbarer wird, wird die Steuerung des Wasserverbrauchs bei Dürreperioden durch chemische Methoden immer wichtiger. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden in veröffentlicht Natürliche Kommunikation.

Die Manipulation von Proteininteraktionen mithilfe chemischer Verbindungen revolutioniert die Biologie, da sie es Forschern ermöglicht, komplexe Prozesse im Zielorganismus zu beeinflussen. In der Pflanzenbiologie versprechen diese Ansätze die Schaffung nachhaltigerer oder nährstoffreicherer Nutzpflanzen.

Das Universitätsteam unter der Leitung von Ayami Nakagawa und Keiko Torii synthetisierte Stomidazolon, eine chemische Verbindung, die die Stomata-Differenzierung in Pflanzen hemmt.

Stomata sind mikroskopisch kleine Poren, die sich auf der Oberfläche von Pflanzenblättern befinden. Sie sind für die Photosynthese und Transpiration unerlässlich. Die Photosynthese wandelt Lichtenergie in Glukose und Sauerstoff um, während die Transpiration dazu führt, dass Wasserdampf aus den Blättern verloren geht, was den Nährstofftransport und die Temperaturkontrolle erleichtert.

„Unsere Forschungsgruppe (Torii-Gruppe) hat viele kleine Moleküle untersucht, um neue Faktoren zu identifizieren, die die Spaltöffnungsentwicklung untersuchen und manipulieren können. Wir fanden Stomidazolon, das ideal war, weil es das Pflanzenwachstum nicht beeinträchtigt, aber die Spaltöffnungen reduziert und durch eine einfache Behandlung angewendet werden kann.“ erklärte Nakagawa.

„Durch die Reduzierung der Spaltöffnungsdichte verlieren Pflanzen im Prinzip weniger Wasser durch Transpiration, was ihnen hilft, in trockenen Umgebungen Feuchtigkeit zu speichern, ohne ihr Wachstum zu behindern.“

Die stomatale Entwicklung wird durch spezifische Proteine ​​reguliert, die als grundlegende Helix-Loop-Helix-Proteine ​​bezeichnet werden. In Pflanzen verbindet sich das MUTE-Protein mit einem anderen Protein namens SCREAM, um Stomata zu bilden. Mithilfe umfassender Gentests und biophysikalischer Analysen entdeckte das Forschungsteam, dass Stomidazolon durch Bindung an eine einzigartige Proteindomäne, die sogenannte ACT-ähnliche Domäne von MUTE, wirkt, die es daran hindert, sich mit SCREAM zu verbinden.

Basierend auf diesen Ergebnissen entwickelte die Gruppe auch MUTE-Proteine ​​mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Stomidazolon unter Beibehaltung ihrer Funktion.

„Als diese modifizierten MUTE-Proteine ​​in Pflanzen getestet wurden, entwickelten sie auch in Gegenwart von Stomidazolon weiterhin Spaltöffnungen“, sagte Nakagawa. „Dies zeigte, dass wir mit präzisen chemischen Eingriffen die Pflanzenentwicklung gezielt steuern können.“

Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Verwendung chemischer Verbindungen zur gezielten Bekämpfung bestimmter Proteine ​​dar, mit dem Ziel, entscheidende biologische Funktionen zu regulieren.

Dr. Torii erklärt seine Vision: „Durch die Erweiterung der verfügbaren chemischen Werkzeuge zur Manipulation der Pflanzenentwicklung vertiefen wir unser Verständnis darüber, wie Pflanzen wachsen, und eröffnen neue Möglichkeiten für landwirtschaftliche Innovationen durch Stomakontrolle.“ Ich hoffe, dass unsere Forschung dazu beitragen wird, Nutzpflanzen zu entwickeln, die in rauen und trockenen Umgebungen gedeihen können.