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Biologie: Ver?ffentlichung in The Plant Cell
M?gliche Erkl?rung fĘ╣r effizienteres Wachstum des Mais

Pflanzenforscherinnen und -forschern der Heinrich-Heine-Universit?t DĘ╣sseldorf (HHU) haben den Stofftransport in Mais untersucht. Ihr Fokus lag auf dem Mechanismus, wie die Produkte der Photosynthese zur weiteren Verteilung in der Pflanze in deren Leiterbahnen gefĘ╣hrt werden. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift ?The Plant Cellí░ beschreiben sie, dass dieser Mechanismus dem Mais m?glicherweise einen besonderen evolution?ren Vorteil verschafft hat.

Bl?tter einer Maispflanze. (Foto: HHU / Margaret Bezrutczyk)

Mais weist im Vergleich zu vielen anderen Nutzpflanzen eine wesentlich h?here Produktivit?t auf. Die w?hrend ihrer Evolution entwickelte besondere Blattanatomie und spezielle Form der Photosynthese (genannt „C4“) bewirkt, dass Mais deutlich schneller wachsen kann als vergleichbare Pflanzen. Mais braucht daher auch eine effizientere Transportlogistik, um die w?hrend der Photosynthese produzierten Stoffe innerhalb der Pflanze zu verteilen.

Forscherinnen und Forscher der HHU fanden nun einen bisher nicht beschriebenen Beladungsmechanismus des Phloems, also des Teils der LeitungsbĘ╣ndel bei Gef??pflanzen, in denen der eigentliche Transport von Stoffen wie Zuckern oder Aminos?uren stattfindet. Diesen Mechanismus zu entwickeln, k?nnte der entscheidende evolution?re Schritt hin zu einer h?heren Transportrate gewesen sein, der Maispflanzen so besonders erfolgreich und nĘ╣tzlich macht. Vermutlich steht dies auch im Zusammenhang mit der effektiveren C4-Photosynthese, die den Mais gegenĘ╣ber anderen Pflanzen auszeichnet, die nur Ę╣ber die C3-Photosynthese verfĘ╣gen. Geleitet wurde die Studie von Dr. Ji Yun Kim und Prof. Dr. Wolf B. Frommer vom Institut fĘ╣r Molekulare Physiologie der HHU.

Pflanzenbl?tter sind an ihrer Ober- und Unterseite unterschiedlich aufgebaut, die beiden Seiten Ę╣bernehmen verschiedene Aufgaben. So agieren beim Mais die Zuckertransporter (SWEET) an der Blattunterseite in den sogenannten BĘ╣ndelscheidenzellen (die die LeitbĘ╣ndel wie einen Kranz umrahmen). Bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana werden Zucker tief im Phloem Ę╣ber SWEETs aus Phloemparenchymzellen herausgeschleust und direkt in die benachbarten Leitbahnen Ę╣ber aktiven Transport aufgenommen. In Maisbl?ttern wird der Zucker schon von zwei sehr gro?en BĘ╣ndelscheidenzellen Richtung Phloem abgegeben. Die wesentlich gr??ere Oberfl?che der BĘ╣ndelscheidenzellen im Vergleich zum Phloemparenchym erlaubt wesentlich h?here Transportraten. Damit kann Mais im Vergleich zu Arabidopsis Zucker effektiver in die Leitbahnen einschleusen.

Doktorandin und Erstautorin Margaret Bezrutczyk von der HHU hebt hervor: „Die kranzartig angeordneten BĘ╣ndelscheidenzellen sehen auf den ersten Blick gleich aus, doch die von uns angewandte Einzelzellsequenzierung erm?glichte es zum ersten Mal, verschiedene Typen von BĘ╣ndelscheidenzellen im Maisblatt zu unterscheiden. Wir erwarten, dass mit dieser Technik in Zukunft viele neue Zelltypen und ihre Funktion, insbesondere in den LeitbĘ╣ndeln, entdeckt werden.“

Institutsleiter Prof. Frommer verweist auf die Ę╣bergeordnete Bedeutung des Ergebnisses: „Maispflanzen sind aufgrund ihrer C4-Photosynthese extrem produktiv. Es ist vorstellbar, dass durch ?bertragung des Beladungsmechanismus von Mais auf Reis oder andere Nutzpflanzen die Produktivit?t dieser Pflanzen erh?ht werden kann.“

Originalpublikation

Margaret Bezrutczyk, Nora R. Z?llner, Colin P. S. Kruse, Thomas Hartwig, Tobias Lautwein, Karl K?hrer, Wolf B. Frommer and Ji-Yun Kim, Evidence for phloem loading via the abaxial bundle sheath cells in maize leaves, The Plant Cell, 2021

DOI: 10.1093/plcell/koaa055

Autor/in:
Kategorie/n: Schlagzeilen, Pressemeldungen, Forschung News

Drei der Autorinnen der Studie Ę╣ber Mais in The Plant Cell aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolf B. Frommer (v.l.): Dr. Ji-Yun Kim, Nora Z?llner, Margaret Bezrutczyk. (Fotos: HHU / Christoph Kawan)

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