Ludwig-Maximilians-Universität München
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Photosynthese

Effizient bei Licht und Schatten

München, 21.12.2016

LMU-Wissenschaftler haben Proteine identifiziert, die Pflanzen brauchen, um ihre Photosynthese an schnell wechselnde Lichtverhältnisse anzupassen.

Foto: John Smith / Fotolia.com

Sonnenlicht liefert die Energie für die Photosynthese, den wichtigsten Prozess des Lebens auf der Erde. Allerdings steht Licht nicht immer im gleichen Maß zur Verfügung, da sich die Intensität des Sonnenlichts je nach Bewölkung und Schattenfall laufend ändert. LMU-Biologen um Professor Peter Geigenberger haben nun zusammen mit Forschern vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und der Universität Paris molekulare Komponenten in Pflanzen identifiziert, die für die Anpassung der Photosynthese an wechselnde Lichtverhältnisse essenziell sind. Über ihre Ergebnisse berichten sie im Fachmagazin Molecular Plant.

Um optimal zu wachsen, muss die Pflanze eine gleichbleibend hohe Photosyntheserate aufrechterhalten und deshalb schnell auf wechselnde Lichtintensitäten reagieren: Steigt die Sonnenstrahlung kurzfristig an, führt sie einen Teil der Energie als Wärme ab oder überträgt Energie auf andere Stoffwechselprozesse, um zu verhindern, dass schädliche Sauerstoffradikale entstehen. Sinkt die Lichtintensität wieder, muss die Pflanze den Wärmeverlust möglichst schnell minimieren und den Energietransfer auf andere Stoffwechselprozesse optimieren. „Wir konnten nun nachweisen, dass verschiedene Thioredoxine an diesen Anpassungsprozessen entscheidend beteiligt sind“, sagt Geigenberger.

Thioredoxine kommen in fast allen Organismen vor. Die kleinen Proteine sind an zentralen Stoffwechselprozessen beteiligt. Die Wissenschaftler konnten an genetisch modifizierten Arabidopsis-Pflanzen zeigen, dass bestimmte Thioredoxine wichtig sind, um bei kurzzeitig hoher Lichtintensität die Photosynthese voll in Gang zu halten. Die Proteine aktivieren in kürzester Zeit ein Ventil, das überschüssige Energie aus dem Chloroplasten exportiert und so eine Hemmung der Photosynthese verhindert. Unterstützt und beschleunigt wird der Energieexport durch ein weiteres Thioredoxin-System, die NADPH-abhängige Thioredoxin-Reduktase C (NTRC), die zudem dafür sorgt, dass in Phasen mit niedriger Lichtintensität weniger absorbierte Lichtenergie als Wärme verlorengeht. „Pflanzen, denen NTRC fehlt, zeigen eine verringerte Photosynthese-Effizienz und wachsen schlechter“, berichtet Geigenberger.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob eine über das normale Ausmaß erhöhte Thioredoxin-Aktivität die Photosynthese weiter optimiert und das Pflanzenwachstum unter wechselnden Lichtverhältnissen verbessert. „Auf dem freien Feld ändert sich die Lichtintensität sehr schnell. Wenn sich durch eine erhöhte Thioredoxin-Aktivität die Effizienz der Photosynthese bei Nutzpflanzen steigern ließe, könnten möglicherweise höhere Ernteerträge erzielt werden“, sagt Peter Geigenberger
Molecular Plant 2016