Mehr als nur genetischer Code

Bei der Photosynthese wird Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt, die dann in der Natur genutzt wird, um aus Kohlendioxid organische Moleküle herzustellen. Die Schlüsselreaktionen der Photosynthese laufen bei Pflanzen, Algen und Cyanobakterien in zwei komplexen Strukturen, den so genannten Photosystemen, ab. Diese befinden sich in einem speziellen Membransystem, den Thylakoiden. Doch viele Details ihres molekularen Aufbaus und des Einbaus der Proteine in die Membranen sind bisher nicht bekannt. Ein Team um Prof. Dr. Conrad Mullineaux vom Institut für Biologie und Chemie der Queen-Mary-Universität London/England, Prof. Dr. Annegret Wilde und Prof. Dr. Wolfgang Hess vom Institut für Biologie III der Universität Freiburg sowie Prof. Dr. Satoru Watanabe vom Institut für Biowissenschaften der Landwirtschaftsuniversität Tokio/Japan stellen in der aktuellen Ausgabe von „Nature Plants“ ihre neue Erkenntnis vor: In einem ribosomenunabhängigen Prozess werden die mRNAs zu den Thylakoidmembranen transportiert und die jeweiligen Proteine dann dort an Ort und Stelle hergestellt.

Die Forscherinnen und Forscher verwendeten für ihre Untersuchung molekulargenetische, bioinformatische und hochauflösende mikroskopische Ansätze auf Einzelzellebene. Die Ergebnisse bestätigen, dass mRNA-Moleküle viel mehr als nur die Sequenz des Proteins kodieren: Sie tragen auch Signale, welche die Lage und Koordination des Aufbaus der Photosysteme zu lenken scheinen. Das Team konnte zwei Proteine identifizieren, die wahrscheinlich an diesem Prozess beteiligt sind, indem sie mit diesen mRNAs interagieren. Das eröffne den Weg zu einem detaillierten Verständnis der beteiligten molekularen Mechanismen, erklären die Forschenden, und liefere neue Ansätze, diese Prozesse für die Photobiotechnologie nutzbar zu machen.

Conrad Mullineaux forschte als Fellow am Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS). Die Teams von Annegret Wilde aus der Arbeitsgruppe für Molekulare Genetik der Prokaryoten und von Wolfgang Hess aus der Arbeitsgruppe für Genetik und Experimentelle Bioinformatik sind Teil des von der Deutschen Forschungsgesellschaft geförderten Graduiertenkollegs 2344 "„MeInBio – BioInMe: Untersuchung räumlicher und zeitlicher Dynamik der Genregulation mit hochauflösenden Hochdurchsatzverfahren“. Satoru Watanabe forschte während eines einjährigen Aufenthaltes als Research Fellow an der Universität Freiburg.

Originalpublikation:
Mahbub, M., Hemm, L., Yang, Y., Kaur, R., Helder, C., Engl, C., Huokko, T., Riediger, M., Watanabe, S., Liu, L., Wilde, A., Hess, W. R., Mullineaux, C.W. (2020): mRNA localisation, reaction centre biogenesis and thylakoid membrane targeting in cyanobacteria. In: Nature Plants. DOI: 10.1038/s41477-020-00764-2