Helfer in der Evolution grüner Pflanzen

- Die Chloroplasten sind jene Einheiten in den Zellen grüner Pflanzenteile, die Photosynthese betreiben: die Erzeugung von Kohlenhydraten und Sauerstoff aus Kohlendioxid und Wasser unter den Strahlen des Sonnenlichts. Die Ahnen der Chloroplasten sind Bakterien. Genauso wie die Energie erzeugenden "Fabriken" der Zelle, die Mitochondrien und andere Zellbestandteile höherer Organismen von Bakterien abstammen, die in der Frühzeit des Lebens auf der Erde von den Zellen aufgenommen und integriert wurden.

Fertige Chloroplasten können sich durch Teilung vermehren, sie haben eine eigene DNA. Doch die Organellen, wie die Zelleinheiten auch heißen, haben seit langem ihre Selbständigkeit verloren und können nur in der Zelle überleben. Sie haben aber noch Gemeinsamkeiten mit ihren bakteriellen Ahnen.

Jetzt hat ein Team der Ludwig-Maximilians-Universität in München herausgefunden, dass die doppelte Membran, die alle Chloroplasten umhüllt, auch ein bakterielles Erbe ist. Bisher waren viele Biologen der Meinung, dass sie von der Wirtszelle stammt, die einst die Bakterien aufnahm.

Enrico Schleiff vom Department für Biologie I und sein Team haben eindeutige Hinweise auf einen bakteriellen Ursprung der Chlorophyll-Membran gefunden.

Das Team konzentrierte sich bei seiner Forschungsarbeit auf ein Protein in der Chloroplastenhülle, das Eiweiße ins Innere transportiert. Zum Vergleich wurde ein Protein der Hülle eines eng verwandten Bakteriums herangezogen, der Blaualge Nostoc. Diese Blaualge, eine der ältesten Lebensformen der Erde, ist dem Chlorophyll so ähnlich, dass es auch seine Proteine erkennen und transportieren kann. "Im Laufe der Evolution wurden die meisten ehemals bakteriellen Gene in den Kern der Wirtszelle übertragen", erklärt Schleiff. "Damit werden auch die Genprodukte, die entsprechenden Proteine, im Zellinneren synthetisiert. Sie müssen dann in die Chloroplasten transportiert werden." Dafür gibt es einen Transportkanal.

Die Forscher fanden ein Blaualgen-Protein, das eine hohe Ähnlichkeit zum Chloroplasten-Transportkanal aufweist. Es hat Eigenschaften, die es ihm erlauben, auch als Importkanal zu fungieren. Und es erkennt auch die Chloroplastenvorstufen.

Die Analyse beider Proteine ergab auch, dass beide zweifunktionelle Bereiche haben. Einer bildet eine Pore in der Membran, die Vorstufenproteine hineinlässt. Da diese porenbildende Region zweigeteilt ist (wobei die Bereiche sehr ähnlich sind), vermuten die Forscher, dass auch die Pore evolutionär aus einem Grundbaustein entstand, der durch Genduplikation verdoppelt wurde. "Unsere Arbeit bietet erste Anhaltspunkte für die evolutionäre Entstehung des Transportkomplexes in der Plastidenmembran und bestimmter daran beteiligter Proteine", meint Schleiff. Die Identifizierung von ähnlichen Proteinen in der äußeren Membran der Bakterien und der äußeren Membran von Plastiden ist aber auch ein Ansatzpunkt zum Verständnis des Ursprungs eben dieser Membran.

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