Die im Schatten ...

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Will ein Sämling eine richtige Pflanze werden, muss er aus dem dunklen Untergrund auftauchen und sich gegen das Licht strecken. Damit dies geschehen kann, aktiviert blaues Licht einen pflanzlichen Photorezeptor, der nun mit dem Hemmschuh der Genaktivität - einem Protein namens COP1 - einen Komplex eingehen und ihn so von seiner eigentlichen Aufgabe abfangen kann.

Dagmar Knopf

Sobald ein Sämling seinen Stängel aus dem dunklen Boden steckt, verwandelt er sich von einem durchscheinenden Gebilde in ein grünes Pflänzchen. Die Metamorphose dauert manchmal nur wenige Minuten. Erstaunlich für einen doch sicherlich komplizierten Steuerungsprozess. Dass im Boden keine Energie überflüssig verloren geht, verhindert das vor einem Jahrzehnt von Xing-Wang Deng entdeckte Protein COP1. Es fängt im Zellkern die Transkriptionsfaktoren ab, die sich an die Erbinformation heften und so den DNA-ablesenden Enzymen die Arbeit ermöglichen wollen. Ohne Transkriptionsfaktoren liegt auch die RNA-Synthese lahm.

Durchbricht der Keimling die Lichtschranke, schwindet das hemmende COP1 auf bislang mysteriöse Weise aus dem Zellkern. Nun hindert die Transkriptionsfaktoren nichts mehr an der Anheftung, und die Genaktivität kann starten. Doch wie registriert das Protein den plötzlichen Lichtanstieg? Wieder hat Xing-Wang Deng mit seinem Team von der Yale University Licht ins Dunkel gebracht. Als Untersuchungsobjekt bedienten sich die Forscher dem Lieblingskind der Pflanzengenetiker, der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana. Hier konnten sie beobachten, welche Wirkung blaues Licht auf das Gleichgewicht zwischen COP1 und Transkriptionsfaktoren ausübt.

Licht dieser Wellenlänge ändert die Form eines speziellen Photorezeptors, der nun bevorzugt einen Komplex mit COP1 eingeht. Ist COP1 erstmal weggefangen, kann es nicht mehr in den Zellkern wandern und hier die Transkriptionsfaktoren von der Arbeit abhalten. Als Ergebnis binden die Faktoren an die Erbinformation und starten die betriebsbereite Transkriptionsmaschinerie, die nur darauf wartet, loslegen zu dürfen. Da die Signalkette so kurz ist, erfolgt die Lichtreaktion prompt auf die veränderten Umweltbedingungen.

Unerwartet simpel ist der Prozess, wie auch der Pflanzengenetiker Peter Quail von der University of California in Berkeley findet: "Es hätten leicht einige Dutzend Regulatoren zwischen Photorezeptor und COP1 liegen können. Es ist eine dramatische Verkürzung der potenziellen Signalwege."