Blütenpflanzen sind auf komplexe chemische Prozesse angewiesen, um sich gegen Schädlinge zu verteidigen und Bestäuber anzulocken. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die chemische Verbindung Indol, die als ein wichtiges Zwischenprodukt in der Biosynthese der Aminosäure Tryptophan fungiert. Neue Erkenntnisse aus der Forschung zeigen, dass einige Blütenpflanzen ein Pseudoenzym nutzen, um Indol herzustellen. Dies könnte weitreichende Implikationen für die Pflanzenbiologie und die Landwirtschaft haben.
Indol ist für Pflanzen von erheblicher Bedeutung, da es sowohl in der Verteidigungsmechanismen gegen Schädlinge als auch in der Anlockung von Bestäubern eine Rolle spielt. Bei einem Schädlingsbefall setzen viele Pflanzen Indol frei, um Schädlinge abzuschrecken oder benachbarte Pflanzen zu warnen. Dadurch wird die allgemeine Widerstandskraft innerhalb der Pflanzenpopulation erhöht. Zudem ist Indol Bestandteil der Blütendüfte, die Bestäuber anziehen.
Ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie hat sich intensiv mit der Biosynthese von Indol beschäftigt. Die Wissenschaftler um Matilde Florean und Tobias Köllner untersuchen insbesondere die Enzyme, die für die Synthese von Benzoxazinoiden verantwortlich sind. Diese speziellen Abwehrstoffe benötigen Indol als Vorstufe. Während bei einigen Pflanzen wie Mais bereits die für die Indolproduktion verantwortlichen Enzyme bekannt und aktiv sind, zeigen andere Pflanzenarten, dass diese Enzyme nur geringe Aktivität aufweisen.
Die Forscher vermuteten daher, dass Pflanzen mit schwach aktiven Enzymen einen alternativen Mechanismus zur Indolproduktion nutzen. Ihre Untersuchungen mit der Modellpflanze Nicotiana benthamiana bestätigten, dass das Pseudoenzym TSB-like eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielt. Pseudoenzyme sind Proteine, die strukturell echten Enzymen ähneln, allerdings keine katalytische Aktivität besitzen. TSB-like zeigt in seiner Struktur Ähnlichkeiten zu TSB (Tryptophan-Synthase Beta-Untereinheit), wirkt jedoch nicht an der Tryptophan-Bildung mit.
Das Pseudoenzym TSB-like kann TSA (Tryptophan-Synthase Alpha-Untereinheit) aktivieren, ohne dass Indol in Tryptophan umgewandelt wird. Auf diese Weise bleibt Indol als flüchtige Verbindung erhalten und kann von der Pflanze freigesetzt werden. Dies stellt einen bemerkenswerten Mechanismus dar, da normalerweise nach Enzymen gesucht wird, die aktive katalytische Funktionen aufweisen. Die Entdeckung, dass ein Pseudoenzym diesen Vorgang leitet, ist ein entscheidender Fortschritt in der Pflanzenforschung.
Die Identifikation von Pseudoenzymen ist oft eine Herausforderung, da sie ohne ihren Bindungspartner keine Aktivität zeigen. Dennoch sind sie in Pflanzen nicht selten und können bis zu zehn Prozent des gesamten Proteinanteils ausmachen. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der pflanzlichen Biochemie und der evolutionären Mechanismen, die zur Entwicklung solcher Enzyme geführt haben.
Das Forschungsteam plant, die Regulationsmechanismen zu untersuchen, durch die Pflanzen die Aktivität von Pseudoenzymen wie TSB-like steuern. Ein zentrales Anliegen ist es, herauszufinden, wie Pflanzen sicherstellen, dass TSB-like nicht mit dem aktiven TSB-Enzym um die Tryptophan-Biosynthese konkurriert. Die Klärung dieser Fragen könnte nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung sein, sondern auch für die moderne Landwirtschaft, insbesondere für die Züchtung von Pflanzen, die weniger anfällig für Schädlinge und Krankheiten sind und gleichzeitig für Bestäuber attraktiver sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entdeckung der Rolle von Pseudoenzymen in der Indolbiosynthese einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der chemischen Kommunikation von Pflanzen darstellt. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, neue Strategien für den Pflanzenschutz und die nachhaltige Landwirtschaft zu entwickeln, indem sie die natürlichen Abwehrmechanismen von Pflanzen besser nutzen.
