Bei Getreidekulturen, wenn ein Blatt oder sogar der gesamte vegetative Teil der Pflanze altert, können die Aminosäuren in diesen Geweben recycelt werden – das heißt, in sich entwickelnde Gewebe wie Getreide transportiert werden, um als Stickstoffquelle zu dienen. Damit dies geschehen kann, müssen Proteasen einen massiven Abbau komplexer Moleküle wie Proteine ​​vorantreiben und sie aus dem absterbenden Gewebe herausleiten. Es wurde festgestellt, dass Schwefelmangel zu einer Verzögerung der Alterung führen kann, was wiederum zu einer potenziellen Abnahme der Qualität und Quantität des erntefähigen Getreides führt. Dies ist von besonderem Interesse, da Schwefel in den letzten Jahrzehnten in mehreren Teilen der Welt zu einem limitierenden Nährstoff für Nutzpflanzen geworden ist.

In einem neuen Papier veröffentlicht in Annals of Botany, Hauptautorin Cintia G. Veliz und Kollegen untersuchen, wie Schwefelmangel betrifft acht verschiedene Proteasen aus allen vier Hauptklassen: Cystein-Proteasen, Serin-Proteasen, Aspartat-Proteasen und Metallo-Proteasen. Die Autoren behandelten schwefelarme Pflanzen auch mit dem Seneszenz-Induktor Methyl-Jasmonat (MJ) im Dunkeln (selbst ein Seneszenz-Induktor), um zu untersuchen, ob die Proteasen auch bei Schwefelmangel induziert werden können.

Sieben der acht getesteten Proteasen zeigten unter schwefellimitierten Bedingungen eine reduzierte oder gar keine Induktion. Die Behandlung mit MJ und Dunkelheit kehrte die Hemmung nach einer Verzögerung um, wodurch Proteasen ähnliche Werte wie in der Kontrollgruppe erreichen konnten, was zeigt, dass Schwefelmangel das Fortschreiten der Seneszenz verzögert, aber nicht verhindert. Der Nährstoffmangel verursachte auch ein verändertes Protease-Genexpressionsmuster in Bezug auf Blattalter und Entwicklungsstadium. Drei der Gene, die Proteasen in zwei verschiedenen Klassen codieren, wurden während des vegetativen Stadiums der Pflanze in grünen Blättern induziert.

„Die hier erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass der Mangel an Schwefel und die Seneszenzinduktion nicht auf alle analysierten Proteasen die gleiche Wirkung ausübt, selbst innerhalb derselben katalytischen Gruppe“, schreiben die Autoren, demonstrieren die Komplexität des beteiligten regulatorischen Netzwerks und schlagen vor: „ die Beteiligung verschiedener Transduktionswege, die die Induktion jedes einzelnen auslösen.“ Der nachgelagerte Effekt auf die Effizienz der Stickstoffremobilisierung, der durch die Schwefelbegrenzung verursacht wird, wird sich sowohl auf den Samenertrag als auch auf die Qualität auswirken, was seine weitere Untersuchung von erheblichem Interesse macht.