Aufnahme, Akkumulation und Metabolismus von Thioarsenaten in Pflanzen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stephan Clemens; Professorin Dr. Britta Planer-Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406370610

Das Halbmetall Arsen ist in Spuren allgegenwärtig in der Umwelt. Verantwortlich dafür sind sowohl natürliche als auch vom Menschen beeinflusste Prozesse. Arsen ist für alle Organismen toxisch und für Menschen als Klasse I-Karzinogen eingestuft. Pflanzen nehmen Arsen über Transporter für essentielle und förderliche Mineralstoffe auf. Deshalb ist die Aufnahme über pflanzliche Nahrungsmittel eine wesentliche Quelle der chronischen Belastung des Menschen durch Arsen. Verschiedene anorganische und organische Arsen-Formen sind in der Umwelt präsent. Dabei gelten Arsenat und Arsenit als die für die Belastung von Nahrungsmitteln wichtigsten Formen. Arsen kann außerdem durch in der Rhizosphäre von Pflanzen lebende Bakterien methyliert werden. Auch diese methylierten Formen werden aufgenommen und akkumulieren in Pflanzen.Wir haben vor kurzem entdeckt, dass auch thiolierte, also Schwefel enthaltende Arsen-Formen unter den reduzierenden Bedingungen überfluteter Reisfelder vorkommen. Diese Thioarsenate werden durch die bisher etablierten Analysemethoden nicht erfasst, obwohl sie einen erheblichen Anteil des Gesamtarsens unter verschiedenen Feldbedingungen repräsentieren. In einer Pilotstudie konnten wir zeigen, dass Thioarsenate von Pflanzen aufgenommen werden und dort toxisch wirken. In Anbetracht der Bedeutung der Arsen-Akkumulation für die Nahrungsmittelsicherheit ergibt sich aus diesen beiden Beobachtungen, dass ein mechanistisches Verständnis der Interaktion von Thioarsenaten mit Pflanzen dringend erforderlich ist. Das Projekt hat zum Ziel, die Mechanismen der Aufnahme von Thioarsenaten in Pflanzen, ihren Metabolismus und die Komplexbildung in Pflanzenzellen, die Mobilität von aus Thioarsenaten entstehenden Arsen-Formen zwischen pflanzlichen Geweben und schließlich den Beitrag von Thioarsenat-Exposition für die Arsen-Belastung von Nahrungspflanzen aufzuklären. Die beiden untersuchten Modellsysteme sind Reis, welcher auch der Zielorganismus in Bezug auf Nahrungsmittelsicherheit ist, und Arabidopsis thaliana, die Pflanzenart, welche viele der bisherigen Durchbrüche im Verständnis von Arsen-Transport und –Metabolismus ermöglicht hat. Das detaillierte Verständnis der Interaktion von Thioarsenaten mit Pflanzen wird in Zukunft erlauben, die chronische Belastung von Menschen durch Arsen-Akkumulation in Nahrungspflanzen substantiell zu verringern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen