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Pflanzen stärken, das Klima schützen
Mit der Energie der Sonne produzieren sie Sauerstoff, wachsen und gedeihen - Pflanzen spielen auf unserer Erde in vielen Bereichen eine zentrale Rolle. Sie sind ein wichtiger Baustein unserer Ernährung, sorgen für frische Luft und Abkühlung in Städten. Sie bieten vielen Arten einen wichtigen Lebensraum und helfen dabei, den Klimawandel abzumildern - denn sie nehmen Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre auf und lagern es ein. Doch durch den Klimawandel sind sie zunehmendem Umweltstress ausgesetzt. Neue Bioengineering-Ansätze könnten künftig dabei helfen, Pflanzen zu entwickeln, die besser mit veränderten Umweltbedingungen umgehen können.
In einer neuen Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, legte eine Forschungsgruppe von Ben Engel vom Helmholtz-Pionier-Campus (HPC) in München den Grundstein für dieses Vorhaben. "Die Photosynthese ist unser Verbündeter", sagt Engel, Leiter des Labors für Strukturelle Zellbiologie des HPC. Algen und Pflanzen wandeln die Energie des Sonnenlichts in biochemische Energie um. Diese wiederum wird von den Pflanzen genutzt, um CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen und es in Zucker umzuwandeln. Einen wesentlichen Anteil an diesem Prozess haben die sogenannten Thylakoid-Membranen. Sie sind der geschützte Ort für die lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese. Kurz gesagt: Sie bieten den essentiellen Raum um Licht in Leben zu verwandeln.
„Unsere Gruppe versucht zu verstehen, wie diese komplizierten Membranstrukturen zusammengesetzt sind und als Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen umgebaut werden", sagt Engel.
Algen und Pflanzen wandeln die Energie des Sonnenlichts in biochemische Energie um.
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Foto: Helmholtz Munich
Algen und Pflanzen wandeln die Energie des Sonnenlichts in biochemische Energie um.
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Foto: Helmholtz Munich
Das Team der Cell-Studie
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Foto: Helmholtz Munich
Das Team der Cell-Studie
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Foto: Helmholtz Munich
Das Team untersuchte dafür die Struktur des Proteins VIPP1. Es ist ein Schlüsselakteur der Photosynthese und hat sich im Einklang mit den Thylakoid-Membranen entwickelt. Bis heute ist unklar, wie es seine essentiellen Membranfunktionen ausübt. Die neue Studie legt nun den Grundstein für ein besseres Verständnis darüber, wie sich Thylakoide bilden und ihre Struktur aufrechterhalten. Damit bietet sie neue Erkenntnisse darüber, wie Pflanzen gestärkt, und damit auch widerstandsfähiger gegen extreme Umweltbedingungen werden können. „Molekulare Einblicke in die Struktur der Thylakoid-Membranen und umweltbedingter Anpassungen sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Nutzpflanzen, die nicht nur schneller wachsen, einen höheren Ertrag und eine höhere Resistenz gegen Umweltstress aufweisen, sondern auch mehr atmosphärisches CO2 binden, um dem Klimawandel entgegenzuwirken“, erklärt Ben Engel.
Diese interdisziplinäre Studie entstand in internationaler Zusammenarbeit der Technischen Universität Kaiserslautern, der LMU München, der Universität Okayama, der McGill University, der Ruhr-Universität Bochum, der Philipps-Universität Marburg, des Max-Planck-Institut für Biochemie und des Helmholtz Zentrums München. Sie geht Hand in Hand mit weiteren Publikationen in der gleichen Ausgabe von Cell, welche die evolutionäre Konservierung von VIPP1 in Bakterien (PspA) und Eukaryonten (ESCRT-III) belegen.
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