Om hun functies in de cel uit te voeren, hebben veel eiwitten de chemische eigenschappen van gebonden metalen zoals koper nodig. Als er een tekort aan deze voedingsstof is, reageren planten door de opname ervan te verbeteren en door sommige koperverbruikende eiwitten te vervangen door koperonafhankelijke eiwitten. Squamosa-promoterbindend eiwitachtig 7 (SPL7) medieert deze reactie. Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) hebben nu ontdekt dat SPL7 ook onmisbaar is voor de energiestofwisseling van planten.

Dit is de conclusie van een team onder leiding van professor Dr. Ute Krämer van de afdeling Moleculaire Genetica en Fysiologie van Planten aan de RUB, samen met collega's van de Max Planck Institutes for Plant Breeding Research in Keulen en voor Molecular Plant Physiology in Potsdam, in het tijdschrift The Plant Cell , online gepubliceerd op 22 juli 2022.

Planten gebruiken lichtenergie om suiker te produceren uit kooldioxide en water in fotosynthese, wat aanleiding geeft tot een verscheidenheid aan energierijke verbindingen die de basis vormen van al het leven op aarde. "Deze studie heeft ons begrip verbeterd van hoe planten hun suikerbalans controleren, wat nuttig kan zijn voor de ontwikkeling van nieuwe op planten gebaseerde biotechnologische processen", zegt Ute Krämer. "De bevindingen kunnen ook helpen om de landbouwopbrengsten in koperarme bodems te verhogen."

Blind voor hun eigen energiestatus

De onderzoekers bestudeerden mutanten van de modelplant Arabidopsis die het eiwit SPL7 niet kunnen produceren. Slecht gebruik van suikers in deze mutanten leidde tot de ophoping van suikers in hun weefsels. Hoewel ze veel suiker, d.w.z. veel energie, tot hun beschikking hadden, was hun groei en ontwikkeling traag. "We vermoeden dat mutanten zonder SPL7 een stoornis hebben in het herkennen van hun hoge energiestatus of in het vertalen ervan in adequate groeireacties", concludeert Krämer.

Er kunnen niet-geïdentificeerde signaalroutes bij betrokken zijn

De studie suggereert dat SPL7 een regulerende functie heeft in het energiemetabolisme van planten, naast het inschakelen van de koperdeficiëntierespons. Deze nieuw ontdekte regulerende link weerspiegelt dat cruciale eiwitfuncties in het energiemetabolisme koperafhankelijk zijn, zowel bij de fotosynthese van landplanten als bij de ademhaling. De best bestudeerde signaalroutes voor plantensuiker bleken normaal te functioneren in de SPL7-mutanten, zodat er mogelijk een nog niet geïdentificeerde route bij betrokken is.

In vervolgstudies willen de onderzoekers onderzoeken hoe SPL7 planten in staat stelt om suikers te gebruiken. De eerste stap in deze richting is al gezet. Het onderzoeksteam identificeerde alle genen waarvan de activiteit direct wordt gereguleerd door SPL7. In de toekomst wil de onderzoeksgroep onderzoeken hoe sommige van deze genen het gebruik van suikers mogelijk maken.