Wachstum, Entwicklung, Fortpflanzung und Anpassung – entscheidend für diese lebenswichtigen Funktionen bei Pflanzen und allen anderen Lebewesen sind molekulare Schalter. Wissenschaftler haben jetzt jene Proteine identifziert, die diese molekularen Schalter aktivieren und lebenswichtige pflanzenphysiologische Prozesse in Gang setzen. Dabei stellte sich heraus, dass sich diese Pflanzenproteine deutlich von ihren Gegenparts in Tieren und Pilzen unterscheiden und sich vermutlich erst später in der Evolution herausgebildet haben.
Das Leben einer Pflanze wird von sehr vielen unterschiedlichen Reizen aus ihrem Körperinneren sowie der Umgebung beeinflusst. Ein komplexes System zur Signalaufnahme registriert diese eigenen und fremden Signale und verarbeitet diese in biochemischen Reaktionsketten, die das ursprüngliche Signal kaskadenartig weiterleiten, hochgradig verstärken und schließlich ganz spezifische Reaktionen in einer Zelle auslösen. Als Kontrollpunkte dienen in vielen Signalwegen der Pflanze kleine Eiweißmoleküle, die Rop-Proteine. Sie vermitteln als molekulare Schalter die Signalübertragung.
Schalterproteine normalerweise ähnlich bei allen Lebewesen
Ähnliche Schalterproteine kennt man auch von Tieren und Pilzen. Diese so genannten Rho-Proteine sind eine Untergruppe der Ras-Superfamilie kleiner GTP-bindender Proteine (G-Proteine), die eine Vielzahl von physiologischen Prozessen beeinflussen. Ihre Schalterfunktion beruht darauf, dass entweder das Nukleotid GDP oder GTP an sie gebunden ist. Im GDP-gebundenen Zustand sind die Proteine inaktiv. Im GTP-gebundenen, aktiven Zustand binden sie an Effektorproteine und leiten auf diese Weise die Signale weiter.
Untersuchungen der letzten Jahre hatten gezeigt, dass die pflanzlichen Schalterproteine (Rops) als Mitglieder der Rho-Familie eine zentrale Rolle in physiologischen Prozessen spielen, da sie das pflanzliche Wachstum und die Entwicklung beeinflussen, die Befruchtung steuern und die Reaktionen der Pflanze auf zahlreiche Umwelt- und Stressfaktoren (z. B. Schädlingsbefall) kontrollieren. Die dabei auf die Pflanze einwirkenden Signale werden häufig durch Rezeptor-Proteine an der Zelloberfläche wahrgenommen und in das Zellinnere übermittelt. Diese Signale können dort jedoch nur dann einen Effekt bewirken, wenn der molekulare Schalter durch GEF-Proteine betätigt, also aktiviert wird. Lange Zeit war jedoch völlig unklar, wie die Rop-Proteine aktiviert werden, da in Pflanzen die notwendigen Austauschfaktoren für Rops nicht bekannt waren.
