New Brunswick, NJ (28. Juni 2021) – Eine von Rutgers geleitete Studie wirft ein neues Licht auf die Entwicklung der Photosynthese in Pflanzen und Algen, die zur Verbesserung der Pflanzenproduktion beitragen könnte.
Das Papier erscheint im Journal New Phytologist.
Die Wissenschaftler begutachteten die Forschung zur photosynthetischen Amöbe Paulinella, das ein Modell ist, um eine grundlegende Frage zur Evolution von Eukaryoten zu untersuchen: Warum gab es einen einzigen Ursprung von Algen und Pflanzen? Das heißt, warum hat die Photosynthese durch die primäre plastidäre Endosymbiose nicht mehrfach im Baum des Lebens ihren Ursprung?
Photosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen und andere Organismen Sonnenlicht nutzen, um Lebensmittel aus Kohlendioxid und Wasser zu synthetisieren, wobei als Nebenprodukt Sauerstoff entsteht.
Endosymbiose ist eine Beziehung zwischen zwei Organismen, bei der sich eine Zelle in der anderen befindet. Diese Interaktion kann, wenn sie stabil und für die „Wirtszelle“ von Vorteil ist, zu massiven genetischen Innovationen führen. Trotz ihrer entscheidenden evolutionären Rolle gibt es nur begrenzte Kenntnisse darüber, wie die Endosymbiose ursprünglich etabliert wird.
Die primäre plastidäre Endosymbiose, die sich vor etwa 1.5 Milliarden Jahren entwickelt hat, ist der Prozess, bei dem ein Eukaryont – das sind Organismen wie Pflanzen und Algen, deren Zellen einen membrangebundenen Kern und winzige Organe haben, die Organellen genannt werden – einen Prokaryonten verschlingt, bei dem es sich um Organismen wie z als Bakterien, denen ein membranumschlossener Zellkern fehlt. Das Plastid ist eine membrangebundene Organelle innerhalb der Zellen von Pflanzen und Algen.
„Es stellt sich heraus, dass die Photosynthese mit enormen Risiken verbunden ist, da sie schädliche Chemikalien und Hitze als Nebenprodukte produziert, die die Wirtszelle schädigen können“, sagte der leitende Autor Debashish Bhattacharya, ein angesehener Professor am Department of Biochemistry and Microbiology an der Rutgers University-New Brunswick. „Daher ist die Herstellung einer neuartigen Organelle ein hochkomplexer Prozess, der sie in der Evolution vorübergehend selten macht. Paulinella, der der einzige bekannte Fall einer unabhängigen plastidären primären Endosymbiose außer bei Algen und Pflanzen ist, bietet viele Hinweise auf diesen Prozess, die erklären, warum sie so selten ist.“
Der Ursprung der Photosynthese in Algen und Pflanzen hat unseren Planeten verändert, indem er eine wichtige Sauerstoffquelle bereitstellt und viele Ökosysteme aufgrund ihrer Primärproduktion von fixiertem Kohlenstoff (Zucker und Lipide) unterstützt. Zu verstehen, wie dieser kritische Prozess ablief, wird uns dabei helfen, ihn möglicherweise in synthetischen Systemen zu entwickeln und die Pflanzenproduktion zu verbessern.
"Weil Paulinella ist ein unabhängiger Ursprung der Photosynthese und liefert wichtige Hinweise darauf, wie dieser Prozess abläuft und welche Kosten er der Wirtszelle auferlegt“, sagte Hauptautor Timothy G. Stephens, Postdoktorand bei Rutgers. „Das Genom von Paulinella enthält viele unabhängig entwickelte Gene, die an der Photosynthese beteiligt sind und der Umgang mit dem damit verbundenen Stress, der möglicherweise in Algen und Pflanzen erzeugt werden kann, dazu beitragen könnte, ihre Fähigkeit zu verbessern, Stress wie hohe Lichtintensität oder Salzstress zu widerstehen.
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Die Ergebnisse werden in zwei Videos erklärt:
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An der Studie nahmen Forscher der Carnegie Institution teil.
Rundfunkinterviews: Die Rutgers University verfügt über Fernseh- und Radiostudios in Sendequalität für Live-Ferninterviews oder aufgezeichnete Interviews mit Rutgers-Experten. Weitere Informationen erhalten Sie von John Cramer unter [E-Mail geschützt]
ÜBER RUTGERS - NEW BRUNSWICK
In der Rutgers University in New Brunswick begann Rutgers, die State University of New Jersey, vor mehr als 250 Jahren. Rutgers Flaggschiff zählt zu den 60 besten Universitäten der Welt und ist eine führende öffentliche Forschungseinrichtung und Mitglied der renommierten Association of American Universities. Es hat eine international anerkannte Fakultät, 12 graduierte Schulen und die vielfältigste Studentenschaft der Big Ten Conference.
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Quelle: https://bioengineer.org/new-study-sheds-light-on-evolution-of-photosynthese/
