Neue Forschungen von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg, der Technischen Universität München und des Helmholtz Zentrums München haben die Rolle der Photorespiration in Pflanzen neu bewertet. Bisher wurde dieser zelluläre Umbauprozess überwiegend als ineffizienter und verschwenderischer Bestandteil der Photosynthese angesehen. Die aktuellen Studien zeigen jedoch, dass Photorespiration eine entscheidende Funktion für den Erhalt des pflanzlichen Epigenoms einnimmt.
In der botanischen Forschung wird Photorespiration als ein Prozess beschrieben, bei dem Licht genutzt wird, um Kohlendioxid freizusetzen und Sauerstoff zu verbrauchen. Neuartige Erkenntnisse belegen, dass dieser Prozess nicht nur Nebenprodukt ist, sondern Kohlenstoffatome liefert, die für Anpassungen der Pflanzen-DNA an Umweltbedingungen notwendig sind. Dies könnte Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie Pflanzen sich an veränderte klimatische Gegebenheiten anpassen.
Zusammenhang zwischen Photorespiration und DNA-Methylierung
Ein zentrales Element der Forschung war die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Photorespiration, dem Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel (C1-Stoffwechsel) und der DNA-Methylierung. DNA-Methylierung ist ein wichtiger epigenetischer Mechanismus, der es Pflanzen ermöglicht, ihre Gene entsprechend den Umweltbedingungen zu regulieren. Methylgruppen, die entscheidend für die Aktivierung oder Deaktivierung von Genen sind, entstehen im C1-Stoffwechsel.
Die Studie, die an dem Modellorganismus Acker-Schmalwand durchgeführt wurde, zeigt, dass erhöhte CO2-Konzentrationen die Photorespiration und somit die Produktion von C1-Stoffwechselprodukten unterdrücken. Änderungen im Methylom – der Gesamtheit aller DNA-Methylierungen – traten auf, wenn alternative C1-Quellen beschränkt waren.
Implikationen für die Pflanzenforschung
Die Ergebnisse dieser Studien weisen darauf hin, dass Photorespiration nicht nur ein irrelevantes Nebenprodukt, sondern ein wichtiger Mechanismus in der epigenetischen Steuerung von Pflanzen ist. Dies könnte neue Ansätze zur Optimierung von Nutzpflanzen eröffnen, was insbesondere im Kontext des globalen Klimawandels von Bedeutung ist. Wissenschaftler wie Prof. Dr. Rüdiger Hell und Dr. Markus Wirtz quantifizierten entscheidende Stoffwechselprodukte und lieferten damit wertvolle Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen CO2, Photorespiration und der Anpassungsfähigkeit von Pflanzen.
Die Forschungsprojekte wurden durch die Europäische Union und die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert und die Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Plants“ veröffentlicht. Wie die Universität Heidelberg berichtet, könnten diese Entdeckungen Einfluss auf die zukünftige Pflanzenzucht und die Entwicklung resistenterer und anpassungsfähigerer Nutzpflanzen haben.