UNAM-Forscher untersuchen LEA-Proteine als entscheidenden Überlebensfaktor für Saatgut bei Dürre

Ein Forschungsteam der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko (UNAM) widmet sich der Entschlüsselung jener molekularen Prozesse, die das Überleben von Pflanzensamen angesichts der zunehmenden globalen Trockenheit sichern. Im Mittelpunkt dieser wissenschaftlichen Arbeit stehen die sogenannten LEA-Proteine (Late Embryogenesis Abundant). Diese speziellen Moleküle reichern sich in den Samen an, während diese bis zu 90 Prozent ihres ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalts verlieren, und bilden so einen natürlichen Schutzmechanismus gegen extremes Austrocknen.

Diese Proteine zeichnen sich durch eine bemerkenswerte strukturelle Flexibilität aus und werden in der Fachwelt oft als ungeordnet beschrieben. Sie spielen eine entscheidende Rolle dabei, dem Embryo innerhalb des Samens den Übergang in einen glasartigen oder vitrifizierten Zustand zu ermöglichen, was die langfristige Erhaltung der Lebensfähigkeit unter widrigsten Bedingungen garantiert. Die Arbeitsgruppe um Dr. Alejandra Covarrubias Robles vom Institut für Biotechnologie (IBt) der UNAM konnte die kritische Funktion dieser Moleküle experimentell belegen. Dabei zeigte sich deutlich, dass Mutationen in den Genen, die für diese flexiblen Proteine kodieren, zu einer drastisch verringerten Keimfähigkeit und einer beschleunigten Alterung des Saatguts führen, was deren essenzielle Schutzwirkung untermauert.

Für die wissenschaftlichen Untersuchungen nutzten die Experten sowohl den Modellorganismus Arabidopsis thaliana als auch verschiedene Leguminosen, was die Relevanz der Ergebnisse für die breite Landwirtschaft unterstreicht. Die gewonnenen Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für die Biotechnologie, um gezielt Nutzpflanzen mit einer höheren Widerstandsfähigkeit gegen Dehydrierung zu entwickeln. Diese Proteine gehören zur Gruppe der glycinreichen Hydrophiline, die in wässrigen Lösungen eine flexible Konformation beibehalten. Sie sind in den Samen und Pollen von Landpflanzen weit verbreitet, da diese biologischen Strukturen regelmäßig Phasen der Entwässerung und der Kryptobiose durchlaufen müssen, um zu überdauern.

Im Gegensatz zu den bekannten Chaperonen benötigen LEA-Proteine kein ATP, um ihre Schutzfunktion auszuüben, und sie sind nicht darauf ausgelegt, die Proteinstruktur nach einer Austrocknung wiederherzustellen. Das Potenzial dieser Moleküle reicht jedoch weit über den Agrarsektor hinaus: In-vitro-Studien deuten darauf hin, dass sie in der Lage sind, auch andere empfindliche Proteine effektiv zu stabilisieren. Dies könnte den Weg für innovative Anwendungen in der Medizin ebnen, etwa bei der Konservierung von tierischen Embryonen oder spezialisierten Zelltypen für medizinische Prozeduren. Die Entdeckung von LEA-Proteinen und Dehydrinen – einer Untergruppe der D-11-Familie – in verschiedensten pflanzlichen und sogar tierischen Geweben zeugt zudem von ihrer tiefen evolutionären Verwurzelung.

Angesichts der globalen Herausforderungen für die Ernährungssicherheit ist das tiefgreifende Verständnis der Mechanismen, die Samen in einen stabilen Ruhezustand versetzen, von strategischer Bedeutung. Die an der UNAM durchgeführten Forschungen könnten die Basis für moderne Selektions- und Züchtungsmethoden bilden, die darauf abzielen, das Anpassungspotenzial von Pflanzen an den rasanten Klimawandel zu stärken. Eine erfolgreiche Integration dieses Wissens in die biotechnologische Praxis verspricht zudem eine sicherere Langzeitlagerung von Saatgutreserven. Dies ist ein kritischer Baustein, um die Stabilität der weltweiten Landwirtschaft auch unter den Bedingungen unvorhersehbarer Wetterextreme und zunehmender klimatischer Instabilität dauerhaft zu gewährleisten.