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Stärke Protein für die Stärkebildung in Pflanzen entdeckt

| Redakteur: Manja Wühr

Forscher der ETH Zürich haben ein spezielles Protein, das die Bildung von Stärke in Pflanzenzellen maßgeblich beeinflusst. Diese Erkenntnis lässt sich möglicherweise in der Lebensmittel- oder Verpackungsindustrie nutzen.

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Forscher haben in der Ackerschmalwand einen Faktoren entdeckt, der die Bildung von Stärke massgeblich beeinflusst.
Forscher haben in der Ackerschmalwand einen Faktoren entdeckt, der die Bildung von Stärke massgeblich beeinflusst.
(Bild: ETH Zürich/Seung D et al. 2015 )

Zürich/Schweiz – Wissenschaftler um Samuel Zeeman, Professor für Pflanzenbiochemie der ETH Zürich, nutzten die Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), um in ihr weitere Gene, die an der Stärkebildung beteiligt sind, zu entdecken. Und sie waren erfolgreich: Protein Targeting to Starch (PTST). Dieses Gen kodiert für ein Protein, das vorübergehend an GBSS und an Stärke binden kann, um ersteres an seinen Einsatzort zu führen.

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Um seine Rolle zu klären, führten die Forschenden Experimente mit mutierten Pflanzen durch. Diese Mutationen unterdrückten die Bildung von PTST. Dies führte dazu, dass den Mutanten auch Amylose komplett fehlte, obwohl der Gesamtgehalt an Stärke gleich hoch war wie in einer Wildpflanze. Die Pflanzenforscher schlossen daraus, dass die Ackerschmalwand für den Amyloseaufbau zwingend auf PTST angewiesen ist. Zu ihrer Überraschung entdeckten die Forscher, dass GBSS, das häufigste Enzym das an Pflanzenstärkekörner gebunden ist, in mutierten Pflanzen kaum zu finden war. Wie ließ sich dies erklären?

Neues Gene dient als Taxi

Indem die Forschenden die beiden Proteine mit fluoreszierenden Stoffen markierten, konnten sie dieses Rätsel schließlich lösen: GBSS braucht PTST, denn dieses ist das Taxi, welches GBSS zu den Stärkekörnern transportiert. Nachdem PTST das GBSS aufgesammelt hat, parkt es kurzzeitig auf der Oberfläche der werdenden Stärkekörner, um die Fracht abzuladen. Danach löst sich PTST wieder vom Stärkekorn, während GBSS mit der Amylose-Synthese weitermacht. Außerdem scheint das Transportprotein auch für die Stabilität von GBSS nötig zu sein. Ohne PTST und ohne Anbindung an das Stärkekorn ist GBSS unstabil.

Das PTST-Taxi beeinflusst auch die Menge der gebildeten Stärke, obwohl es selbst nur ein Transportvehikel ist. Verstärkten die Wissenschaftler in Versuchspflanzen die Bildung von GBSS, konnten die Pflanzen trotzdem nicht mehr Stärke bilden. „Es nützt wenig, mehr Fahrgäste aufzubieten, welche Stärke synthetisieren sollen, wenn es an Taxis fehlt“, sagt der ETH-Professor. Umgekehrt stellten die Pflanzenwissenschaftler fest, dass eine Vermehrung der Taxis, also ein verstärkte Bildung von PTST ebenfalls nicht zu einer Steigerung der Stärkeproduktion führt, da den Taxis die Fahrgäste fehlen.

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