Wie Pflanzen Licht sehen

Pflanzen reagieren empfindlich auf Veränderungen ihrer Umgebung und besitzen die Fähigkeit, sich an diese anzupassen. Mithilfe des Photorezeptor-Proteins Phytocrom B sehen sie Licht und regulieren daraufhin Prozesse wie Samenkeimung, Keimlingsentwicklung, Längenwachstum und Blütenbildung. Ein Team um Prof. Dr. Andreas Hiltbrunner vom Institut für Biologie II der Universität Freiburg hat nun in einer Studie gezeigt, dass die beiden Proteine PCH1 und PCHL die Lichtempfindlichkeit dieses Rezeptors beeinflussen. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Phytochrom B misst das Lichtspektrum, das je nach Umgebung variiert. Dabei funktioniert das Protein wie eine Art Schalter: Der hellrote Lichtanteil des Sonnenlichts aktiviert Phytochrom B, während es durch dunkelrotes Licht in schattiger Umgebung inaktiviert wird. Es kann aber auch lichtunabhängig von der aktiven Form in den inaktiven Grundzustand wechseln. Diesen Prozess bezeichnet man als Dunkelreversion. Sie beeinflusst die Menge an Protein, die im aktiven Zustand zur Verfügung steht, und wirkt so auf die Lichtwahrnehmung der Pflanze.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben in ihrer Studie nun herausgefunden, dass es in dem Gewächs der Ackerschmalwand zwei Proteine gibt, PCH1 und PCHL, die an Phytochrom B binden und die Aktivität des Rezeptors beeinflussen. Mit einer speziellen Methode der Spektroskopie wiesen die Forschenden nach, dass die Dunkelreversion von Phytochrom B fast gänzlich unterdrückt wird, wenn die Menge an PCH1 oder PCHL erhöht ist, während der Prozess beschleunigt wird, wenn PCH1 und PCHL fehlen. Indem die Pflanzen den Wechsel des aktiven in den inaktiven Zustand somit regulieren können, können sie die Lichtempfindlichkeit des Phytochrom B-Photorezeptors den unterschiedlichen Bedingungen anpassen.

An der Studie waren Beatrix Enderle, Dr. David Sheerin, Philipp Schwenk, Dr. Cornelia Klose und Prof. Dr. Andreas Hiltbrunner von der Abteilung für Molekulare Pflanzenphysiologie am Institut für Biologie II und Dr. Maximilian Ulbrich von der Abteilung für Innere Medizin des Universitätsklinikums beteiligt. Philipp Schwenk ist Mitglied der Spemann Graduiertenschule für Biologie und Medizin; Andreas Hiltbrunner und Maximilian Ulbrich sind Mitglieder des Freiburger Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies.

Originalpublikation:
Enderle, B., Sheerin, D.J., Paik, I., Kathare, P.K., Schwenk, P., Klose, C., Ulbrich, M.H., Huq, E., and Hiltbrunner, A. (2017). PCH1 and PCHL promote photomorphogenesis in plants by controlling phytochrome B dark reversion. Nature Communications 8: 2221. PubMed: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29263319