Auslöser einer biochemischen Kaskade: UV-B-Rezeptor zum Aufspüren des unsichtbaren Lichts entdeckt

05.04.2011 - Deutschland

Ultraviolette Strahlung ist ein zentraler Bestandteil von Sonnenlicht. Der Schutz gegen schädliche UV-B-Strahlung ist äußerst wichtig für lebende Organismen. Wegen ihres sesshaften Lebensstils und der Abhängigkeit der Photosynthese vom Sonnenlicht haben Pflanzen Mechanismen entwickelt, um sich an die UV-B Strahlung anzupassen und somit Gefahr abzuwehren. Allerdings war bislang nicht geklärt, wie Pflanzen dieses unsichtbare Licht wahrnehmen können. Zusammen mit Mitarbeitern an der Universität Freiburg und in Zusammenarbeit mit Forschern an der Universität Glasgow, hat Prof. Dr. Roman Ulm, Botanik und Pflanzenbiologie Universität Genf, den ersten UV-B Rezeptor identifiziert und seine Schlüsselrolle für die Pflanzenabwehr untersucht.

Die Ergebnisse der Studie wurden in Science (1. April 2011) präsentiert. Sie schließen an eine über 30-Jährige intensive Forschung an der Freiburger Universität an. Mit Übernahme des Lehrstuhls am Institut für Biologie II durch Prof. Dr. Eberhard Schäfer (1995) begannen die Studien zur Identifizierung des postulierten UV-B Sensors. Im Rahmen des Wolfgang Paul Preises, der an Ferenc Nagy verliehen wurde, konnten die Arbeiten intensiviert und Roman Ulm als Gruppenleiter gewonnen und erste Elemente der UVB Signalweiterleitung identifiziert werden. Als Geförderter im Emmy Noether-Programm mit einer eigenen Arbeitsgruppe gelang es Roman Ulm den UV-B Sensor zu entdecken.

Sonnenlicht ist für Pflanzen unerlässlich, sowohl als Energiequelle für die Photosynthese als auch als Signal zur Koordinierung und Optimierung der Pflanzen. „Pflanzen produzieren ihre eigene molekulare Sonnencreme zum Schutz vor schädigender UV-B Strahlung“, sagt Dr. Jean-Jacques Favory, Wissenschaftler an der Universität Freiburg. Der Schutzschild der Pflanzen besteht aus UV-absorbierenden Substanzen wie Flavonoiden und effizienten Enzymen zur Reparatur von DNA-Schäden, die die Strahlung verursacht. Pflanzen haben verschiedene Arten von „Antennen“ entwickelt, um bestimmte Wellenlängen zu erkennen und sie zu ihrem Vorteil zu nutzen. Wenn auch ein UV-B-spezifischer Sensor erst jetzt identifiziert wurde, haben Physiologen zuvor schon gezeigt, dass Pflanzen UV-B als Umweltsignal erkennen können.

UV-B beeinflusst auch das Wachstum und den Ertrag von Pflanzen. Das Team um Roman Ulm hat nun nachgewiesen, wie diese Strahlung aufgenommen wird: Der UV-B Photorezeptor besteht aus Proteinen mit dem Namen UVR8. „Bei der Lichtabsorption spalten sich die Proteine ab und wirken auf einen zentralen Lichtsignalregulator innerhalb der Zelle“, sagt Luca Rizzini. Es werde eine biochemische Kaskade ausgelöst, die für das Überleben der Pflanze notwendig sei. UVR8-Proteine sind in der Pflanzenwelt weit verbreitet. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass in der Evolution von Landpflanzen die Entwicklung einer Ozonschicht in der Stratosphäre der Erde mit der Ausbildung von Reaktionen auf Ultraviolettes Licht zusammen traf, vermittelt durch den UV-B-Rezeptor.

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