Enzymtechnik
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Abstrakt

Oxidativer Stress bei Pflanzen unter Dürrebedingungen und die Rolle verschiedener Enzyme

Leonora Mansur Mattos, Celso Luiz Moretti

Die Auswirkungen von Dürrestress auf den Pflanzenstoffwechsel sind entweder direkt oder sekundär. Oxidativer Stress wird durch eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren ausgelöst, darunter UV-Licht, Pathogenbefall (Überempfindlichkeitsreaktion), Herbizidwirkung, Sauerstoffmangel und andere. Dürre- und Salzstress führen üblicherweise zur Produktion von reagierenden Sauerstoffspezies (ROS) wie Wasserstoffperoxid (H2O2) und Superoxid (O2 ·–), die beide in einer Reihe zellulärer Reaktionen, einschließlich der eisenkatalysierten Fenton-Reaktion, und durch verschiedene Enzyme wie Lipoxygenasen, Peroxidasen, NADPH-Oxidase und Xanthinoxidase, entstehen. Um den ROS-Spiegel unter Stressbedingungen zu kontrollieren, enthalten Pflanzengewebe eine Reihe von Enzymen, die ROS fangen. Die wichtigsten Zellbestandteile, die anfällig für Schäden durch freie Radikale sind, sind Lipide (Peroxidation ungesättigter Fettsäuren in Membranen), Proteine ​​und Enzyme (Denaturierung), Kohlenhydrate und Nukleinsäuren. Der Kohlenstoffhaushalt der Pflanzen während einer Periode von Salz-/Wasserstress und die anschließende Erholung können ebenso von der Geschwindigkeit und dem Ausmaß der photosynthetischen Erholung abhängen wie von dem Ausmaß und der Geschwindigkeit des Rückgangs der Photosynthese während der Wasserreduzierung. Das aktuelle Wissen über physiologische Einschränkungen der photosynthetischen Erholung nach unterschiedlichen Intensitäten von Wasser- und Salzstress ist noch spärlich. Aus der großen Menge an verfügbaren Daten aus Transkriptprofilstudien an Pflanzen, die Dürre ausgesetzt waren, wird deutlich, dass Pflanzen diese Belastungen wahrnehmen und darauf reagieren, indem sie parallel zu physiologischen und biochemischen Veränderungen schnell die Genexpression verändern; dies geschieht sogar unter leichten bis mäßigen Stressbedingungen. Aus einer kürzlich durchgeführten umfassenden Studie, in der Salz- und Dürrestress verglichen wurden, geht hervor, dass beide Belastungen zur Herunterregulierung einiger photosynthetischer Gene führten, wobei die meisten Veränderungen gering waren und möglicherweise den leichten Stress widerspiegeln. Dürre- und Salzstress stellen erhebliche Herausforderungen für die Menschheit dar. Die Anwendung verschiedener Strategien, nämlich genetischer und enzymatischer Manipulation, kann zur Linderung der damit verbundenen oxidativen Belastungen beitragen. Die Regulierung der Expression von Genen, die für bestimmte Proteine ​​und Enzyme kodieren, kann zu Dürre- und Salztoleranz führen. Verschiedene Nutzpflanzengenotypen wie Zuckerrohr, Sojabohnen und Weizen wurden bereits auf Dürretoleranz hin entwickelt. Weizengenotypen zeigten Veränderungen in antioxidativen Enzymen sowie in Enzymen, die mit dem Kohlenstoffstoffwechsel in Zusammenhang stehen. Diese wichtigen Strategien werden ein äußerst wichtiges Instrument sein, um die zukünftigen Probleme der Erde in Bezug auf Nahrung, Energie und Umwelt zu lindern. Der vorliegende Bericht konzentriert sich auf oxidative Belastungen, die mit Dürre- und Salzbedingungen verbunden sind, und befasst sich mit der Metabolomik, die mit solchen Einschränkungen verbunden ist.