Auf der Jagd nach den bestimmenden Faktoren der C4 Anatomie
Neben der normalen C3 Photosynthese, existiert mit der C4 Photosynthese eine spezielle Form der Photosynthese, bei der die Fähigkeit von Pflanzen CO2 zu fixieren stark verbessert wird. Dadurch benötigen C4 Pflanzen für ihr Wachstum weniger Wasser, wachsen schneller und können unter höheren Temperaturen wachsen, als vergleichbare Pflanzen ohne C4 Photosynthese. Das Herzstück der C4 Photosynthese bildet ein zur C3 Photosynthese veränderter, biochemischer Kreislauf, der CO2 in den Zellen um die Blattadern anreichert. Um diesen zu ermöglichen, weisen die Blätter von C4 Pflanzen eine besondere Anatomie auf, die sogenannte Kranzanatomie. Die Blattadern, welche das Wasser im Blatt transportieren bilden ein sehr viel dichteres Netz, als in normalen C3 Pflanzen. Zusätzlich sind die Zellen, die an die Blattadern angrenzen, die sogenannten Bündelscheiden Zellen, stark vergrößert und enthalten eine große Anzahl von Chloroplasten (Abb.1).
Während die Analyse der zugrunde liegenden Biochemie bereits weit vorangeschritten ist, sind die genetischen Grundlagen der spezialisierten Anatomie größtenteils noch völlig unbekannt. Wir versuchen diese mit Hilfe der unterschiedlichen Blattentwicklung in nahe verwandten Pflanzenarten, die entweder C3 oder C4 Photosynthese machen, zu erforschen. Dafür analysieren wir die Gewebestrukturen sowie die Zellgrößen in Blättern verschiedenen Alters. Zusätzlich wird die Expression aller Gene der untersuchten Organismen durch „next generation sequencing“ erfasst. In Kombination ermöglichen es uns diese Informationen Gene die an der Kontrolle der einzigartigen Anatomie von C4 Pflanzen beteiligt sind zu identifizieren.
Beitrag von Thomas Wrobel, Biochemie der Pflanzen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf