Süßes Geheimnis gelüftet

Ein Transporter, der den Zucker in Rüben anreichert ist identifiziert

27.01.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Erst die Entschlüsselung des Genoms der Zuckerrübe ermöglicht es, herauszufinden, wie der Zucker in die Rübe kommt. (Bildquelle: © 4028mdk09/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)
Erst die Entschlüsselung des Genoms der Zuckerrübe ermöglicht es, herauszufinden, wie der Zucker in die Rübe kommt. (Bildquelle: © 4028mdk09/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)

Mehr als dreißig Jahre hat er sich versteckt doch jetzt haben Wissenschaftler den Transporter entdeckt, der den Zuckerrüben zu süßen Wurzeln verhilft. Mit diesem Wissen können Züchter gezielt süßere Sorten entwickeln.

„Wir sind am Ziel und wir sind sehr zufrieden“, sagt Professor Rainer Hedrich von der Universität Würzburg. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Kaiserslautern, Köln und Erlangen-Nürnberg sowie der KWS Saat AG hat er den Transporter aufgespürt, mit dessen Hilfe die Zuckerrübe (Beta vulgaris) den Haushaltszucker Saccharose in ihren Wurzeln anreichert. Gefördert wurde die Forschung im Rahmen des Projekts Betamorphosis vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

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Der Zucker wird in den Vakuolen der Wurzelzellen gespeichert. Der Transporter BvTST 2.1 sorgt dafür, dass die Zuckermoleküle in die Vakuolen gelangen.

Der Zucker wird in den Vakuolen der Wurzelzellen gespeichert. Der Transporter BvTST 2.1 sorgt dafür, dass die Zuckermoleküle in die Vakuolen gelangen.

Quelle: © Dbenbenn/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0

Innerhalb der Wurzelzellen wird der Zucker in Vakuolen gespeichert. Diese zellulären Lagerräume, die bis zu 90 Prozent des gesamten Zellvolumens ausmachen können, sind von einer Membran umhüllt. Transporter in der Vakuolen-Membran fungieren als Türen, lassen aber immer nur ganz bestimmte Moleküle hinein oder hinaus.

Saccharose, also Haushaltszucker, das ist jetzt bekannt, passt nur durch die besonders häufige Tür namens BvTST2.1, kurz für "Beta vulgaris Tonoplast Saccharose Transporter 2. Da er für jedes Molekül Saccharose, das hineingeht, ein positiv geladenes Proton heraus transportiert, gehört der Transporter in die Gruppe der Protonen-Antiporter.

Grundlage war die Entschlüsselung des Zuckerrübengenoms

„Diese Ergebnisse sind äußerst interessant, auch für die Rübenzüchter“, kommentiert Dr. Christina Kühn von der Humboldt Universität Berlin, die nicht an der Studie beteiligt war, aber ebenfalls zum Zuckertransport in Nutzpflanzen forscht. Warum es so viele Jahre gedauert hat, den Transporter zu finden, ist laut Hedrich einfach zu erklären: „Diese Entdeckung war bis vor kurzem gar nicht möglich, denn die speziellen Analyse-Techniken gab es nicht und das Genom der Zuckerrübe wurde auch gerade erst aufgeklärt“.

Je mehr Transporter, desto mehr Zucker

Zunächst beobachteten die Wissenschaftler, welche Proteine von den Zuckerrüben in der Phase der Zuckerspeicherung am häufigsten hergestellt werden. „Da waren schon ein paar Verdächtige dabei“, erinnert sich Hedrich. „Verdächtig“ sind die Moleküle, die bereits bekannten Zuckertransportern in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana ähneln.

Beim Vergleich von zuckerreichen mit zuckerarmen Rübensorten zeigte sich außerdem, dass die Menge an Boten-RNA für BvTST2.1 mit dem Zuckergehalt korreliert: Je mehr Boten-RNA vorhanden war, desto mehr Zucker speicherten die Rüben. Das war ein eindeutiger Hinweis, aber es war nur die Vorarbeit

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Die beteiligten deutschen Forscher wurden im Rahmen des PLANT 2030 Projekts BETAMORPHOSIS vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Das Projekt wird durch die Förderinitiative „Pflanzenbiotechnologie der Zukunft“ ermöglicht. Mehr zum Projekt...

Die beteiligten deutschen Forscher wurden im Rahmen des PLANT 2030 Projekts BETAMORPHOSIS vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Das Projekt wird durch die Förderinitiative „Pflanzenbiotechnologie der Zukunft“ ermöglicht.
Mehr zum Projekt...

Erst die Patch-Clamp-Technik, mit deren Hilfe winzige Ströme an einzelnen Ionenkanälen oder Transportern gemessen werden können, brachte den endgültigen Beweis, dass BvTST2.1 wirklich Saccharose in die Vakuolen hinein und Protonen hinaus transportiert. „Das war der Durchbruch“, so Hedrich. „Die Messungen von Transporter-Aktivitäten in Vakuolen sind experimentell anspruchsvoll und wurden hier sauber und mit den erforderlichen Kontrollen durchgeführt“, meint Kühn.

Einige Sorten sind schon am Anschlag, bei anderen ist Luft nach oben

Zuckerrüben waren früher ein Blattgemüse, doch seit etwa zweihundert Jahren hat sich dank Züchtung der Zuckergehalt in ihren Wurzeln stark erhöht. Heutzutage werden die Pflanzen ausschließlich aufgrund ihrer süßen Wurzeln angebaut. Nach Zuckerrohr sind Zuckerrüben die wichtigste Zuckerquelle weltweit.

„Die Wissenschaft hat geliefert, jetzt sind die Züchter an der Reihe“, meint Hedrich. Mit dem neugewonnenen Wissen könnten jetzt wesentlich effizienter ertragreichere Zuckerrüben gezüchtet werden. Zwar seien einige Sorten mit 22 bis 26 Prozent Zuckergehalt vermutlich schon am Anschlag, aber bei anderen sei noch Luft nach oben. Auch Rüben, die schon frühzeitig mit der Einlagerung von Zucker beginnen aber auch die Züchtung von Sommer- und Winterrüben die zwei Ernten pro Jahr ermöglichen, seien denkbar.

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