Hvordan regulerer planter deres sukkerstofskifte?

For at udføre deres funktioner i cellen kræver mange proteiner de kemiske egenskaber af bundne metaller såsom kobber. Hvis dette næringsstof er mangelfuldt, reagerer planterne ved at øge dets optagelse og ved at erstatte nogle kobber-udnyttende proteiner med kobber-uafhængige proteiner. Squamosa-promotorbindende protein-lignende 7 (SPL7) medierer dette respons. Forskere ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) har nu opdaget, at SPL7 også er uundværlig for planternes energiomsætning.

Dette er konklusionen på et hold ledet af professor Dr. Ute Krämer fra Institut for Molekylær Genetik og Plantefysiologi ved RUB sammen med kolleger fra Max Planck Institutes for Plant Breeding Research i Köln og for Molekylær Plantefysiologi i Potsdam, i tidsskriftet Plantecellen , offentliggjort online den 22. juli 2022.

Planter bruger lysenergi til at producere sukker fra kuldioxid og vand i fotosyntesen, hvilket giver anledning til en række energirige forbindelser, der er grundlaget for alt liv på Jorden. "Dette studie har forbedret vores forståelse af, hvordan planter kontrollerer deres sukkerbalance, hvilket kan være nyttigt til udviklingen af ​​nye plantebaserede bioteknologiske processer," påpeger Ute Krämer. "Opdagelserne kan også bidrage til at øge landbrugets udbytte i kobber-mangel jord."

Blind over for deres egen energistatus

Forskerne studerede mutanter af modelplanten Arabidopsis, der ikke er i stand til at producere proteinet SPL7. Dårlig udnyttelse af sukker i disse mutanter førte til akkumulering af sukker i deres væv. Selvom de havde meget sukker, det vil sige meget energi, til deres rådighed, var deres vækst og udvikling langsom. "Vi har mistanke om, at mutanter, der mangler SPL7, er svækket i at genkende deres høje energistatus eller i at omsætte det til passende vækstresponser," konkluderer Krämer.

Uidentificerede signalveje kan være involveret

Undersøgelsen tyder på, at SPL7 har en regulerende funktion i planters energimetabolisme, udover at tænde for kobbermangelresponsen. Denne nyopdagede regulatoriske forbindelse afspejler, at afgørende proteinfunktioner i energimetabolismen er kobberafhængige, både i fotosyntese af landplanter og i respiration. De bedst undersøgte plantesukkersignalveje viste sig at fungere normalt i SPL7-mutanterne, så en endnu uidentificeret vej kan være involveret.

I opfølgende undersøgelser planlægger forskerne at undersøge, hvordan SPL7 gør det muligt for planter at bruge sukker. Det første skridt i denne retning er allerede afsluttet. Forskerholdet identificerede alle gener, hvis aktivitet er direkte reguleret af SPL7. Forskergruppen planlægger i fremtiden at tage fat på, hvordan nogle af disse gener muliggør udnyttelsen af ​​sukkerarter.