Forschung enthüllt Schutzmechanismus in Pflanzenzellen

Ein Forschungsteam der BOKU University hat einen Schlüsselprozess in den Vakuolen von Pflanzenzellen identifiziert. Dieser Mechanismus trägt maßgeblich zur Stabilität und Widerstandsfähigkeit von Pflanzen bei. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Plants veröffentlicht. Vakuolen sind mit Zellsaft gefüllte Organellen, die von einer Biomembran umgeben sind. Sie nehmen einen großen Teil der Pflanzenzelle ein und sind an zahlreichen Funktionen beteiligt. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den Turgor – den osmotischen Druck in der Zelle – zu erzeugen. Dieser Druck sorgt für die Spannung der Zellwand und damit für die Stabilität des Pflanzengewebes.

Wie Pflanzen Zellschäden ausgleichen

Lange war unklar, wie Pflanzen ihre Vakuolen unter Stressbedingungen schützen. Das Forschungsteam um Jose Julian Valenzuela vom Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der BOKU entdeckte nun den „vakuolären Qualitätskontrollweg“ (VQC). Dieser Mechanismus wird aktiviert, wenn die Zellwand beschädigt ist. Die Studie „ATG8ylation of vacuolar membrane protects plants against cell wall damage“ beschreibt diesen Prozess im Detail. Die Experimente wurden am Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology durchgeführt.

Anpassung an schädigende Bedingungen

Der VQC-Weg hilft den Zellen, ihre Vakuolenstabilität zu erhalten und den Turgordruck anzupassen. Dadurch bleiben sie widerstandsfähig und vermeiden Zelltod. Durch konfokale Mikroskopie und ultrastrukturelle Analysen konnten die Forschenden nachweisen, dass Zellwandverletzungen eine Modifikation der Vakuolenmembran – die sogenannte ATG8ylierung – auslösen.

Laut Valenzuela war dies der erste Nachweis für diesen Prozess. Zudem habe das Team eine neue Elektronenmikroskopie-Technik, die APEX-Markierung, erfolgreich bei Pflanzen angewendet. Diese ermögliche eine noch genauere Darstellung der Vakuolen-Dynamik.

Neue Perspektiven für die Landwirtschaft

Die Studie zeigt, dass Pflanzen über einen bisher unbekannten homöostatischen Mechanismus verfügen, um Zellstrukturen zu schützen und Stress zu bewältigen. Diese Erkenntnisse könnten helfen, widerstandsfähigere Nutzpflanzen zu entwickeln. Angesichts zunehmender Umweltbelastungen bietet der entdeckte Mechanismus vielversprechende Ansätze für die Landwirtschaft.