Besondere Eisenaufnahme im Inneren des Wirsingkopfes

Es hat sich gezeigt, dass der Mechanismus der Eisenaufnahme durch Plastiden in Abwesenheit von Licht dem durch die Photosynthese ermöglichten Prozess ähnelt.

17.08.2023 - Ungarn
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In einer Studie von Forschern der Eötvös Loránd Universität (ELTE), die in der Zeitschrift Frontiers in Plant Science veröffentlicht wurde, wurde eine überraschende Wendung gefunden . Ihre Forschung hat gezeigt, dass der Mechanismus der Eisenaufnahme durch Plastiden in Abwesenheit von Licht dem durch die Photosynthese ermöglichten Prozess ähnlich ist. Ihre Entdeckung könnte Auswirkungen auf unser Wissen über Lebensmittel und Gesundheit und deren Anwendungen haben, da unsere pflanzlichen Lebensmittel und ihre Plastiden eine wichtige Eisenquelle für den Menschen darstellen.

Katalin Solymosi

Halbierte Wirsingköpfe, die die verschiedenen Blattschichten und deren Farbwechsel sowie den zentralen Stiel, an dem sich die Blätter entwickeln, zeigen.

Eisen ist einer der wichtigsten mineralischen Nährstoffe für lebende Organismen. Es ist daher sowohl bei Menschen als auch bei Pflanzen für Enzyme unerlässlich, die an entscheidenden Lebensprozessen wie der Zellatmung oder der Photosynthese beteiligt sind. Der Einbau von Eisen in diese Enzyme ist daher für den Stoffwechsel unerlässlich.

Die Photosynthese - der Stoffwechselprozess, bei dem die Energie des Sonnenlichts genutzt wird, um in den Pflanzen aus Kohlendioxid und Wasser organische Stoffe zu erzeugen - benötigt daher Eisen. Da die Photosynthese in den Chloroplasten stattfindet, muss das Eisen innerhalb der Pflanzenzelle in diese Organellen transportiert werden. Am Institut für Pflanzenphysiologie und Molekulare Pflanzenbiologie der Eötvös Loránd Universität untersuchen Dr. Ádám Solti und sein Forschungsteam seit vielen Jahren die molekularen Prozesse, die die Eisenaufnahme der Chloroplasten ermöglichen.

"Aufgrund der Bedeutung der Photosynthese wissen wir viel über photosynthetisch aktive Plastiden und untersuchen schon seit langem deren Eisenaufnahme. Die Eisenaufnahme durch Chloroplasten erfordert Licht. Seit langem stellt sich jedoch die Frage, ob die Eisenaufnahme in Pflanzengeweben, die nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, die gleiche ist wie in Chloroplasten"

erklärt Máté Sági-Kazár, Doktorand, die Grundidee seiner Forschung. Alles, was man brauchte, war ein geeignetes Forschungsobjekt, aus dem große Mengen von Plastiden verschiedener Entwicklungsstadien für die Untersuchung isoliert werden konnten. Das Versuchsobjekt lag praktisch auf dem (Küchen-)Tisch.

Wirsing kennen wir alle gut. Die Wirsingköpfe sind riesige, modifizierte Knospen, aus deren Strunk eine Reihe von Blättern unterschiedlicher Farbe und unterschiedlicher Entwicklungsstadien hervorgehen. Bei einem halb aufgeschnittenen Wirsingkopf sieht man, dass die äußeren Blätter, die dem Licht ausgesetzt sind, grün sind, aber je weiter man nach innen geht, desto mehr verblassen die Blätter, und die innersten, kleinsten und jüngsten Blätter sind weiß-gelblich. Dieses Phänomen hängt damit zusammen, dass die Pflanzen der Bedecktsamer ohne Licht kein Chlorophyll, den grünen Farbstoff, produzieren können und ohne diesen keine Photosynthese betreiben können.

"Die inneren Blätter der Kohlköpfe werden von den äußeren grünen Blättern praktisch beschattet und damit vom Licht abgeschirmt, so dass sich im Inneren der Köpfe allmählich ein Lichtdefizit entwickelt. Statt der Anhäufung grüner Chlorophylle in den inneren Blattschichten sehen wir nur die gelbliche Farbe der vorhandenen Carotinoide, und es entwickeln sich in ihnen spezielle Arten photosynthetisch inaktiver Plastiden, die so genannten Etioplasten, wie sie bereits beim Weißkohl beschrieben wurden", erklärt Dr. Katalin Solymosi, eine der Forschungsteilnehmerinnen, während sie über die Vorteile der für die Versuche verwendeten Pflanze spricht.

In dieser Studie, an der mehrere Institutionen und Forscher beteiligt waren, wurden die Mechanismen der Eisenaufnahme in den Plastiden von Blättern, die photosynthetisch inaktiv sind, untersucht und mit denen von Blättern verglichen, die photosynthetisch aktiv sind. Die erstmals beobachteten physiologischen Prozesse zeigten, dass die Eisenaufnahme durch die Plastiden genau - wenn auch in geringerem Maße - demselben Prinzip folgt, das auch die Chloroplasten kennzeichnet.

"In den letzten fünfzehn Jahren dachte man, dass die Eisenaufnahme durch die Chloroplasten ausschließlich mit der Photosynthese und in geringerem Maße mit der direkten chemischen Reduktion des Eisens durch das Sonnenlicht verbunden ist.

Die Ergebnisse unserer Studien haben zu einer überraschenden Änderung der bisherigen Erkenntnisse über die lebenswichtige Nährstoffhomöostase der Organellen geführt.

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