Ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat den Mechanismus entschlüsselt, wie Pflanzen essenzielle Aminosäuren in ihrem Organismus verteilen. Diese Moleküle, die der Mensch über die Nahrung aufnehmen muss, werden in spezialisierten Zellorganellen, den Plastiden, produziert. Die Ergebnisse zeigen, wie eine Klasse von Transportproteinen namens RETICULATA1 (RE1) Aminosäuren durch die Hüllmembran von Chloroplasten transportiert und so in der Pflanze verteilt.
Pflanzen stellen alle 20 proteinogenen Aminosäuren selbst her, darunter neun, wie Lysin und Arginin, ausschließlich in Plastiden, zu denen auch die photosyntheseaktiven Chloroplasten gehören. Bisher war unklar, wie diese Moleküle in andere Pflanzenteile gelangen. Das Team um Prof. Dr. Andreas P. M. Weber hat nun nachgewiesen, dass RE1-Transportproteine basische Aminosäuren wie Arginin, Citrullin, Ornithin und Lysin durch die Chloroplastenmembran bewegen. Fehlt RE1, zeigen Pflanzen wie die Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine gestörte Blattentwicklung und reduzierte Mengen basischer Aminosäuren in Blättern und Chloroplasten. Ohne RE1 und das verwandte Protein RER1 ist die Pflanze nicht lebensfähig, was die zentrale Rolle dieser Proteine unterstreicht.Die Forschung ergab, dass der Mangel an RE1 die Biosynthese basischer Aminosäuren verringert und das Gleichgewicht der Aminosäurepools zwischen Plastiden und Zytosol stört. RE1-Proteine sind ausschließlich in Organismen mit Plastiden vorhanden und evolutionär alt, was auf ihre Bedeutung bei der Entstehung von Plastiden durch Endosymbiose hindeutet.
Die Erkenntnisse eröffnen Perspektiven für die Züchtung von Nutzpflanzen mit höherem Gehalt an essentiellen Aminosäuren, was zur globalen Ernährungssicherheit beitragen könnte.
Originalpublikation
Franziska Kuhnert, Philipp Westhoff, Vanessa Valencia, Stephan Krüger, Karolina Vogel, Peter K. Lundquist, Christian Rosar, Tatjana Goss, and Andreas P. M. Weber. RETICULATA1 is a Plastid-Localized Basic Amino Acid Transporter. Nature Plants (2025) DOI: 10.1038/s41477-025-02080-z
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