Wie sich Pflanzen vor oxidativem Stress schützen

Pflanzen benötigen Eisen für grundlegende Stoffwechselprozesse wie Photosynthese und Zellatmung. Ungünstige Umweltbedingungen wie Trockenheit setzen Pflanzen unter Stress. Reaktive Metallionen verschärfen den oxidativen, zellschädigenden Stress auf die Pflanzen. Pflanzen müssen daher den Gleichgewichtszustand (Homöostase) der Mikronährstoffe regulieren, auch die von Eisen. Ein Forscherteam um Prof. Dr. Petra Bauer und Dr. Rumen Ivanov vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf untersuchte an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) den Mechanismus der Eisenaufnahme, die über die Wurzeln erfolgt.

Das Eisentransportprotein IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1) ist für die Eisenaufnahme in die Wurzelzellen wichtig. Eisen kommt in zwei Oxidationsstufen vor, als Fe2+- und Fe3+-Ionen. Die Aufnahme reaktiver Eisenionen birgt das Risiko einer Schädigung der Zellmembran durch Lipid-Peroxidation, welche zur Schädigung der Zellmembran führt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass IRT1 das Transportmolekül SEC14-Lipid-Transferprotein PATELLIN2 (PATL2) bindet. Bisher war nicht bekannt, welche Rolle SEC14 beim Eisentransport spielt. Nun ist klar: SEC14-Proteine binden fettlösliche Substrate und bringen sie an die Membranoberfläche.

PATL2 beeinflusst die Aufnahme von Eisen in die Wurzeln und bindet mit hoher Affinität das antioxidativ wirkende a-Tocopherol, eine wichtige Vitamin E-Verbindung. Es mindert die Schädigung der Zellmembran durch Lipid-Peroxidation in den Wurzeln.

„Wir haben festgestellt, dass das SEC14-Lipid-Transferprotein PATELLIN2 und Tocopherole für die Eisenmobilisierung in der Wurzel und die antioxidativen Aktivitäten als Reaktion auf Eisen entscheidend sind“, stellt Jannik Hornbergs fest, der die wissenschaftliche Arbeit zusammen mit Dr. Karolin Montag durchführte.

Beim Menschen ist ein Lipidtransferprotein mit einer SEC14-Domäne an der Vitamin E-Homöostase und dem -Transport beteiligt. Vitamin E gewinnt der Mensch aus pflanzlicher Nahrung. Die Studie liefert den Wissenschaftlern neue Erkenntnisse, wie Zellen Vitamin E nutzen, um den oxidativen Stress, ausgelöst durch Eisen, zu begrenzen. Seine Ergebnisse veröffentlichte das Forscherteam im Fachmagazin Plant Physiology.

„Letztlich können diese nun bekannten Zusammenhänge genutzt werden, um neue Zuchtziele für Nutzpflanzen zu identifizieren, mit denen eine Stressresistenz und ein möglichst hoher Eisengehalt in den Pflanzen erreicht werden kann“, erklären Dr. Rumen Ivanov und Prof. Bauer die Ergebnisse. Damit wäre es möglich, die Eisenversorgung des Menschen mit Hilfe pflanzlicher Quellen zu gewährleisten.