Durch den Anbau der Zuckerrübe Beta vulgaris wird ein großer Teil der Weltzuckerproduktion gedeckt. Doch bisher war unklar, welche molekularen Prinzipien der Zuckerspeicherung zu Grunde liegen. Dieser Frage ging jetzt ein Team von Wissenschaftlern der Universitäten Köln, Erlangen, Kaiserslautern und Würzburg nach. Die Forscher konnten klären, welches Transportprotein für den Einstrom von Saccharose in die Vakuolen der Wurzelzellen verantwortlich ist und damit für die Speicherung großer Mengen Zucker in den Rüben. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt. Über ihre Entdeckung berichtet die renommierte wissenschaftliche Zeitschrift NATURE Plants.

Mit Hilfe des Sonnenlichts produzieren die Blätter aus dem Kohlendioxid der Luft und Wasser aus dem Boden den Zucker Saccharose. Dieses Stoffwechselprodukt benötigt die Pflanze einerseits zum Wachstum, speichert ihn aber auch als Energiereserve im Wurzelkörper. Obwohl die Zuckerrübe als Wirtschaftsfaktor im ländlichen Raum nicht mehr wegzudenken ist, blieb bisher weitgehend unverstanden, wie genau die Speicherrübe diese enormen Zuckerkonzentrationen anhäuft, d.h. wie der Zucker seinen Weg in den Saftspeicher, die Vakuole, der Rübenzellen findet. Die Klärung der offenen Fragen im Hinblick auf Ertragssteigerung hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung in einem dreijährigen  Forschungsprojekt gefördert.

Ein Forscherteam aus vier Universitäten, bei dem für die Universität zu Köln Prof. Dr. Ulf-Ingo Flügge und Dr. Frank Ludewig aus dem Botanischen Institut II verantwortlich zeichnen, der KWS Saat AG und der Südzucker AG arbeitete drei Jahre an der Lösung der Frage, wie genau der Zucker in die Rübe kommt.

Zunächst wurde das Entwicklungsstadium bestimmt, bei dem die Rübe auf Zuckerspeicherung schaltet. Es folgte die Ermittlung der Proteine, welche in der Speicherphase vermehrt gebildet werden. Mit Hilfe von Genom-Datenbanken wurden die Gene bestimmt, die als potentielle Zuckertransporter in Frage kamen, aus denen letztendlich das Transportprotein TST2.1 als dasjenige beschrieben werden konnte, das den Einstrom von Saccharose in die Speichervakuolen der Zuckerrüben treibt.

Die dazu notwendige Energie wird dadurch aufgebracht, dass ein Protonengradient über die vakuoläre Membran aufgebaut wird. Hierzu muss die Zelle Energie investieren. Der Einstrom des Zuckers in die Vakuole wird an den Ausstrom von Protonen, welcher entlang eines Konzentrationsgefälles und damit ohne weiteren Energieaufwand erfolgt, aus dem Speicherorganell gekoppelt. Durch diese Kopplung kann der Zucker in der Vakuole akkumulieren und Spitzenkonzentrationen von 23% erreichen. Aus diesen Erkenntnissen ist ein (bereits auslizensiertes) Patent entstanden, das den Bogen zur Anwendung spannt.

Die Forscher wollen nun Wege finden, wie man bei der Züchtung von Zuckerrüben die Zuckerspeicherung weiter optimieren kann. So soll der Transporter TST2.1 erst einmal in der Zuckerrübe selbst auf den Prüfstand. Im Labor müssten dazu Zuckerrüben mit unterschiedlichen Gehalten des Transporters TST2.1 hergestellt werden und die Auswirkung der Transporter-Dosis auf den Zuckergehalt der Rübe verfolgt werden. Findet man das vermutete Prinzip bestätigt, kann man Rüben auf einen erhöhten Transporter-Gehalt hin züchten.

Artikel:

‚Identification of the transporter responsible for sucrose accumulation in sugar beet taproots’ Nature Plants 1, Article number: 14001 (2015) doi:10.1038/nplants.2014.1

Kontakt:

Dr. Frank Ludewig
Tel: 0221/470- 8223
E-Mail: <link frank.ludewig@uni-koeln.de>frank.ludewig@uni-koeln.de</link>