Der erste umfassende Genvergleich zweier Pflanzenarten offenbart deren molekulares Inventar für Toleranz und Hyperakkumulation von Schwermetallen. Das berichten deutsche Forscher in der Fachzeitschrift The Plant Journal (Online-Vorabveröffentlichung vom 4. Dezember).
Als Folge von Bergbau, Hüttenindustrie oder militärischer Nutzung sind heute Böden in zahlreichen Regionen mit Schwermetallen verunreinigt. Sie beeinträchtigen das Grundwasser, reichern sich in Nahrungsmitteln an oder dringen als Flugstaub in die Lungen ein. Metalle wie Kupfer, Zink, Eisen, Mangan oder Nickel sind zwar in geringen Mengen lebensnotwendig. Wird ein solches Metall jedoch im Überschuss akkumuliert oder falsch verteilt, kann es zu schweren Schädigungen des Organismus kommen. Schwermetall-belastete Böden zu sanieren ist daher von großem wirtschaftlichen wie gesundheitlichem Interesse.
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle sind jetzt dem Verständnis der molekularen Mechanismen ein gutes Stück nähergekommen, die es bestimmten Pflanzenarten ermöglichen, sich trotz Schwermetallbelastung zu entwickeln und dem Boden sogar Schwermetalle in großen Mengen zu entziehen. Den Forschern ist es erstmals gelungen, das genetische Inventar zweier nah verwandter Pflanzenarten, des “Metallhyperakkumulators” Arabidopsis halleri und der genetischen Modellpflanze Arabidopsis thaliana, global miteinander zu vergleichen und hierbei jene Proteine zu identifizieren, die an ihrem Metallstoffwechsel beteiligt sind.
So kommt beispielsweise das Enzym Nicotianaminsynthase in A. halleri sehr häufig vor. Dieses Eiweiß ist für die Bildung eines pflanzenspezifischen Moleküls verantwortlich, das Zink- und andere Metallionen durch Bildung einer Komplexverbindung entgiftet, aber beweglich hält. Wichtig sind aber auch Transportproteine, die für die Aufnahme in die Zelle bzw. für die Mobilität der Metallionen sorgen. Für eines dieser Transportproteine wird eine Funktion in der Aufnahme von Zink in die Blattzellen angenommen. Für zwei weitere Transportproteine wiesen die Forscher eine Beteiligung an der Entgiftung von Zinkionen in der Zelle nach. Die Forscher vermuten, dass diese Proteine den Transport der Metalle aus dem Cytoplasma in zelluläre Kompartimente mit weniger Stoffwechselaktivität, wie die pflanzliche Vakuole, vermitteln.
Auffällig ist, dass alle diese Gene unter allen Bedingungen höchst aktiv sind – unabhängig von der Metallkonzentration, der die Pflanzenwurzeln ausgesetzt sind. Dies deckt sich mit Beobachtungen, wonach Blätter von A. halleri, auch wenn die Pflanze auf Böden mit normalen Metallgehalten wächst, im Vergleich zu anderen Pflanzen einen stark erhöhten Metallgehalt haben.
Dank dieser neuen Erkenntnisse über den Metallhaushalt können jetzt spezielle Technologien entwickelt werden, um belastete Böden durch den Anbau von Schwermetall-sammelnden Pflanzen zu sanieren.
Max-Planck-Gesellschaft
