Photosynthese

@article{ormerod1962iv,
    author = "Ormerod, John G. und Gest, Howard",
    title = "IV. WASSERSTOFFPHOTOSYNTHESE UND ALTERNATIVE STOFFWECHSELWEGE IN PHOTOSYNTHETISCHEN BAKTERIEN",
    year = "1962",
    journal = "Bacteriological Reviews",
    url = "https://doi.org/10.1128/br.26.1.51-66.1962",
    doi = "10.1128/br.26.1.51-66.1962",
    number = "1",
    pages = "51-66",
    volume = "26"
}

@article{caswell1973photosynthetic,
    author = "Caswell, Hal und Reed, Frank und Stephenson, S. N. und Werner, Patricia A.",
    title = "Photosynthetic Pathways and Selective Herbivory: Eine Hypothese",
    year = "1973",
    journal = "The American Naturalist",
    url = "https://doi.org/10.1086/282851",
    doi = "10.1086/282851",
    number = "956",
    pages = "465-480",
    volume = "107"
}

@phdthesis{caswell1973photosynthetic1,
    author = "Caswell, H. und Reed, F. und Stephenson, S. N. und Werner, P. A",
    title = "Photosynthesewege und selektive Herbivorie",
    year = "1973",
    publisher = "eine Hypothese: American Naturalist, v. 107, S. 465-480",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Caswell, H., Reed, F., Stephenson, S. N., und Werner, P. A., 1973, Photosynthesewege und selektive Herbivorie: eine Hypothese: American Naturalist, v. 107, S. 465-480.}"
}

@article{bennack1981the,
    author = "Bennack, Dan E.",
    title = "The effects of mandible morphology and photosynthetic pathway on selective herbivory in grasshoppers",
    year = "1981",
    journal = "Oecologia",
    url = "https://doi.org/10.1007/bf00540615",
    doi = "10.1007/bf00540615",
    number = "2",
    pages = "281-283",
    volume = "51"
}

Drei alte Feld-Pflanzen-Gemeinschaften mit unterschiedlicher Zusammensetzung in der Nähe von Aiken, South Carolina, wurden verwendet, um die Hypothese zu testen, dass phytophage Insekten Pflanzen vermeiden, die den C4-Photosyntheseweg besitzen, und Pflanzen konsumieren, die nur den C3-Weg besitzen. Die relativen Häufigkeiten stabiler Kohlenstoffisotope in Insektengewebe, die den Konsum von C3- oder C4-Pflanzen anzeigen, wurden verwendet, um zu bestimmen, ob Insekten C3- und C4-Pflanzen im Verhältnis zu ihrer Häufigkeit in der Pflanzen-Gemeinschaft konsumierten. In einer Gemeinschaft war das Kohlenstoffisotopenverhältnis für Insekten signifikant niedriger als für einen proportionalen Konsum erwartet und deutete auf eine Vermeidung von C4-Arten hin. Der Insektenkonsum von C4-Pflanzen betrug °50% dessen, was erwartet würde, wenn Insekten C3- und C4-Pflanzen im Verhältnis zu ihrer Häufigkeit konsumieren würden. In den anderen beiden Gemeinschaften waren die Unterschiede zwischen beobachteten und erwarteten Isotopenverhältnissen nicht signifikant. Die Ebenen des Insektenkonsums von C4-Pflanzen in diesen beiden Gemeinschaften betrugen jeweils °82% und °126% dessen, was für einen proportionalen Konsum erwartet wurde. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ausmaß der Vermeidung zwischen Pflanzen-Gemeinschaften variiert.

@article{pinder1987insect,
    author = "Pinder, John E. und Kroh, Glenn C.",
    title = "Insektenfresserei und Photosynthetische Pfade in Ökosystemen alter Felder",
    year = "1987",
    journal = "Ecology",
    abstract = "Drei alte Feld-Pflanzen-Gemeinschaften mit unterschiedlicher Zusammensetzung in der Nähe von Aiken, South Carolina, wurden verwendet, um die Hypothese zu testen, dass phytophage Insekten Pflanzen vermeiden, die den C4-Photosyntheseweg besitzen, und Pflanzen konsumieren, die nur den C3-Weg besitzen. Die relativen Häufigkeiten stabiler Kohlenstoffisotope in Insektengewebe, die den Konsum von C3- oder C4-Pflanzen anzeigen, wurden verwendet, um zu bestimmen, ob Insekten C3- und C4-Pflanzen im Verhältnis zu ihrer Häufigkeit in der Pflanzen-Gemeinschaft konsumierten. In einer Gemeinschaft war das Kohlenstoffisotopenverhältnis für Insekten signifikant niedriger als für einen proportionalen Konsum erwartet und deutete auf eine Vermeidung von C4-Arten hin. Der Insektenkonsum von C4-Pflanzen betrug °50% dessen, was erwartet würde, wenn Insekten C3- und C4-Pflanzen im Verhältnis zu ihrer Häufigkeit konsumieren würden. In den anderen beiden Gemeinschaften waren die Unterschiede zwischen beobachteten und erwarteten Isotopenverhältnissen nicht signifikant. Die Ebenen des Insektenkonsums von C4-Pflanzen in diesen beiden Gemeinschaften betrugen jeweils °82% und °126% dessen, was für einen proportionalen Konsum erwartet wurde. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ausmaß der Vermeidung zwischen Pflanzen-Gemeinschaften variiert.",
    url = "https://doi.org/10.2307/1939255",
    doi = "10.2307/1939255",
    number = "2",
    pages = "254-259",
    volume = "68"
}

@incollection{crossref2008engineering,
    title = "Engineering Photosynthetic Pathways",
    year = "2008",
    booktitle = "Advances in Plant Biochemistry and Molecular Biology",
    url = "https://doi.org/10.1016/s1755-0408(07)01004-1",
    doi = "10.1016/s1755-0408(07)01004-1",
    pages = "81-105"
}

Bei Herbivorenangriffen entwickeln Pflanzen eine Abwehrreaktion, die sich durch die Ansammlung von sekundären Metaboliten und hemmenden Proteinen auszeichnet. Signifikante Veränderungen werden in den transkriptionellen Profilen von Genen beobachtet, die Enzyme des primären Stoffwechsels kodieren. Solche Veränderungen wurden oft im Hinblick auf die Notwendigkeit einer erhöhten Ressourceninvestition zur „Antrieb" der Synthese von sekundären Metaboliten interpretiert. Während ein verstärkter sekundärer Stoffwechsel zweifellos einen Einfluss auf den primären Stoffwechsel ausübt, deuten sich anhäufende Beweise an, dass Insektenherbivorie im Gegensatz zur Stimulierung der Photosynthese die photosynthetische Kohlenstofffixierung reduziert und diese Reaktion durch eine Neuordnung der Genexpression erfolgt. In diesem Kontext spielen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Reduktant/Oxidant (Redox)-Signalisierung eine zentrale Rolle. Anhäufende Beweise deuten darauf hin, dass ROS-Signalisierungspfade in Pflanzen-Insekten-Interaktionen eng mit Hormon-Signalisierungspfaden verwoben sind. Hier betrachten wir, wie Insektenbefall das Stresssignalnetzwerk durch Wirkungen auf ROS und zellulären Redox-Stoffwechsel beeinflusst, mit besonderem Schwerpunkt auf den Rollen von ROS in den Pflanzenreaktionen auf Phloem-fressende Insekten.

@article{kerchev2012plant,
    author = "KERCHEV, PAVEL I. and FENTON, BRIAN and FOYER, CHRISTINE H. and HANCOCK, ROBERT D.",
    title = "Plant responses to insect herbivory: interactions between photosynthesis, reactive oxygen species and hormonal signalling pathways",
    year = "2012",
    journal = "Plant, Cell \& Environment",
    abstract = "Under herbivore attack plants mount a defence response characterized by the accumulation of secondary metabolites and inhibitory proteins. Significant changes are observed in the transcriptional profiles of genes encoding enzymes of primary metabolism. Such changes have often been interpreted in terms of a requirement for an increased investment of resources to ‘fuel’ the synthesis of secondary metabolites. While enhanced secondary metabolism undoubtedly exerts an influence on primary metabolism, accumulating evidence suggests that rather than stimulating photosynthesis insect herbivory reduces photosynthetic carbon fixation and this response occurs by a re‐programming of gene expression. Within this context, reactive oxygen species (ROS) and reductant/oxidant (redox) signalling play a central role. Accumulating evidence suggests that ROS signalling pathways are closely interwoven with hormone‐signalling pathways in plant–insect interactions. Here we consider how insect infestation impacts on the stress signalling network through effects on ROS and cellular redox metabolism with particular emphasis on the roles of ROS in the plant responses to phloem‐feeding insects.",
    url = "https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2011.02399.x",
    doi = "10.1111/j.1365-3040.2011.02399.x",
    number = "2",
    pages = "441-453",
    volume = "35"
}

Hintergrund Chloroplasten der meisten Pflanzen sind für die Photosynthese verantwortlich und enthalten einen konservierten Satz von etwa 110 Genen, die Komponenten der Housekeeping-Genexpressions-Maschinerie und fotosynthesebezogener Funktionen kodieren. Heterotrophe Pflanzen, die Nährstoffe aus anderen Organismen beziehen, und ihre Plastid-Genome stellen Modellsysteme dar, in denen die Auswirkungen gelockerter Selektionsdrücke auf die photosynthetische Funktion untersucht werden können. Das Offensichtlichste ist eine Verringerung der Größe und des Geninhalts des Plastoms, die mit dem Verlust von Genen korreliert, die die photosynthetische Maschinerie kodieren, die unnötig geworden ist. Der Übergang zu einem nicht-photosynthetischen Lebensstil wird auch den Selektionsdruck auf die photosynthetische Maschinerie im Kerngenom lockern; jedoch sind die entsprechenden Änderungen weniger bekannt. Ergebnisse Hier berichten wir über die vollständige Sequenz des Plastid-Genoms von Monotropa hypopitys, einer achlorophyllen obligat mykoheterotrophen Pflanze aus der Familie Ericaceae. Das Plastom von M. hypopitys ist stark verkleinert (35.336 bp) und fehlt die typische quadripartite Struktur mit zwei Single-Copy-Regionen und einer Inversion. Nur 45 Gene blieben vermutlich intakt – jene, die ribosomale Proteine, ribosomale und transfer-RNA sowie Housekeeping-Gen infA, matK, accD und clpP kodieren. Die Gene clpP und accD sind wahrscheinlich noch funktional, obwohl ihre Sequenzen stark divergiert sind. Die Gen-Sätze für ribosomale Proteine und transfer-RNA sind im Vergleich zu Chloroplasten einer photosynthetischen Pflanze unvollständig. Der Vergleich der Plastid-Genome von zwei isolaten auf Unterart-Ebene von M. hypopitys ergab wesentliche strukturelle Umordnungen, die mit repeat-getriebener Rekombination und dem Vorhandensein isolat-spezifischer tRNA-Gene verbunden sind. Die Analyse des M. hypopitys Transkriptoms mittels RNA-Seq zeigte das Fehlen der Expression von kernkodierten Komponenten der Photosystem-I- und II-Reaktionszentrum-Proteine, Komponenten des Cytochrom-b6f-Komplexes, ATP-Synthase, Ribulose-bisphosphat-Carboxylase-Komponenten sowie Chlorophyll aus dem Protoporphyrin-IX-Biosyntheseweg. Schlussfolgerungen Mit dem vollständigen Verlust von Genen, die mit der Photosynthese, NADH-Dehydrogenase, der plastid-kodierten RNA-Polymerase und der ATP-Synthase zusammenhängen, gehört das M. hypopitys Plastid-Genom zu den am stärksten funktional reduzierten, die für obligat nicht-photosynthetische parasitische Arten charakteristisch sind. Die Analyse des M. hypopitys Transkriptoms offenbarte eine koordinierte Evolution der Kern- und Plastid-Genome sowie den Verlust fotosynthesebezogener Funktionen in beiden Genomen.

@article{doi101186s1287001609297,
    author = "Ravin, N. and Gruzdev, E. V. and Beletsky, A. and Mazur, A. and Prokhortchouk, E. and Filyushin, M. A. and Kochieva, E. and Kadnikov, V. and Mardanov, A. and Skryabin, K.",
    title = "The loss of photosynthetic pathways in the plastid and nuclear genomes of the non-photosynthetic mycoheterotrophic eudicot Monotropa hypopitys",
    year = "2016",
    journal = "BMC Plant Biology",
    abstract = "Hintergrund Chloroplasten der meisten Pflanzen sind für die Photosynthese verantwortlich und enthalten einen konservierten Satz von etwa 110 Genen, die Komponenten der Housekeeping-Genexpressions-Maschinerie und fotosynthesebezogener Funktionen kodieren. Heterotrophe Pflanzen, die Nährstoffe aus anderen Organismen beziehen, und ihre Plastid-Genome stellen Modellsysteme dar, in denen die Auswirkungen gelockerter Selektionsdrücke auf die photosynthetische Funktion untersucht werden können. Das Offensichtlichste ist eine Verringerung der Größe und des Geninhalts des Plastoms, die mit dem Verlust von Genen korreliert, die die photosynthetische Maschinerie kodieren, die unnötig geworden ist. Der Übergang zu einem nicht-photosynthetischen Lebensstil wird auch den Selektionsdruck auf die photosynthetische Maschinerie im Kerngenom lockern; jedoch sind die entsprechenden Änderungen weniger bekannt. Ergebnisse Hier berichten wir über die vollständige Sequenz des Plastid-Genoms von Monotropa hypopitys, einer achlorophyllen obligat mykoheterotrophen Pflanze aus der Familie Ericaceae. Das Plastom von M. hypopitys ist stark verkleinert (35,336 bp) und fehlt die typische quadripartite Struktur mit zwei Single-Copy-Regionen und einer Inversion. Nur 45 Gene blieben vermutlich intakt – jene, die ribosomale Proteine, ribosomale und transfer-RNA sowie Housekeeping-Gen infA, matK, accD und clpP kodieren. Die Gene clpP und accD sind wahrscheinlich noch funktional, obwohl ihre Sequenzen stark divergiert sind. Die Gen-Sätze für ribosomale Proteine und transfer-RNA sind im Vergleich zu Chloroplasten einer photosynthetischen Pflanze unvollständig. Der Vergleich der Plastid-Genome von zwei isolaten auf Unterart-Ebene von M. hypopitys ergab wesentliche strukturelle Umordnungen, die mit repeat-getriebener Rekombination und dem Vorhandensein isolat-spezifischer tRNA-Gene verbunden sind. Die Analyse des M. hypopitys Transkriptoms mittels RNA-Seq zeigte das Fehlen der Expression von kernkodierten Komponenten der Photosystem-I- und II-Reaktionszentrum-Proteine, Komponenten des Cytochrom-b6f-Komplexes, ATP-Synthase, Ribulose-bisphosphat-Carboxylase-Komponenten sowie Chlorophyll aus dem Protoporphyrin-IX-Biosyntheseweg.Schlussfolgerungen Mit dem vollständigen Verlust von Genen, die mit der Photosynthese, NADH-Dehydrogenase, der plastid-kodierten RNA-Polymerase und der ATP-Synthase zusammenhängen, gehört das M. hypopitys Plastid-Genom zu den am stärksten funktional reduzierten, die für obligat nicht-photosynthetische parasitische Arten charakteristisch sind. Die Analyse des M. hypopitys Transkriptoms offenbarte eine koordinierte Evolution der Kern- und Plastid-Genome sowie den Verlust fotosynthesebezogener Funktionen in beiden Genomen.",
    url = "https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12870-016-0929-7",
    doi = "10.1186/s12870-016-0929-7",
    is_oa = "true",
    number = "S3",
    semanticscholar_citation_count = "44",
    semanticscholar_id = "09768fb696a37d1d13ecdc3420f2d58cae757695",
    volume = "16"
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@misc{s2678d07e503c46de46e5e5529bf60fb608ada7eb3,
    author = "Zhou, Haoran",
    title = "Selektionsdrücke und evolutionäre Dynamik in hydraulischen und photosynthetischen Systemen der C3- und C4-Photosynthesewege bei Gräsern",
    year = "2019",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/678d07e503c46de46e5e5529bf60fb608ada7eb3",
    is_oa = "true",
    semanticscholar_citation_count = "1",
    semanticscholar_id = "678d07e503c46de46e5e5529bf60fb608ada7eb3"
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@incollection{crossref2021photosynthetic,
    title = "Photosynthetic Pathways",
    year = "2021",
    booktitle = "Encyclopädisches Wörterbuch der Archäologie",
    url = "https://doi.org/10.1007/978-3-030-58292-0\_160489",
    doi = "10.1007/978-3-030-58292-0\_160489",
    pages = "1047-1047"
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@incollection{jones2021photosynthesis,
    author = "Jones, Michael R.",
    title = "Photosynthesis | Purple Bacteria: Photosynthetic Reaction Centers",
    year = "2021",
    booktitle = "Encyclopedia of Biological Chemistry III",
    url = "https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809633-8.21540-9",
    doi = "10.1016/b978-0-12-809633-8.21540-9",
    pages = "315-332"
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@incollection{sharkey2021photosynthesis,
    author = "Sharkey, Thomas D.",
    title = "Photosynthese | Photosynthetische Kohlendioxid-Fixierung",
    year = "2021",
    booktitle = "Encyclopedia of Biological Chemistry III",
    url = "https://doi.org/10.1016/b978-0-12-819460-7.00011-6",
    doi = "10.1016/b978-0-12-819460-7.00011-6",
    pages = "399-412"
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@article{doi101007s12668024015088,
    author = "Dhiman, Shikha und Debnath, Nitai und Das, Sumistha",
    title = "Carbon Based Photosynthetic Biohybrid System: A New Approach to Energy Conversion",
    year = "2024",
    journal = "BioNanoScience",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/e01b0f89d564adad86af9df2f3f2b2762bd99ed0",
    doi = "10.1007/s12668-024-01508-8",
    is_oa = "true",
    number = "5",
    pages = "4910-4929",
    semanticscholar_citation_count = "1",
    semanticscholar_id = "e01b0f89d564adad86af9df2f3f2b2762bd99ed0",
    volume = "14"
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Der Einsatz von vorab entworfener bioingenieurtechnischer Proteine zur Konstruktion räumlich begrenzter Strukturen ermöglicht eine effiziente Integration biologischer und Nanomaterial-Komponenten und bietet neue wissenschaftliche Richtungen für Nano-Bio-Hybrid-Systeme. Die einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien können das ursprüngliche biologische Paradigma verändern, um neue metabolische Pfade oder neue Aktivierungstrigger zu ermöglichen. Inspiriert vom Kaskadenprozess der „lichtgetriebenen Elektronentransfer–Cofaktor-Regeneration–Kohlenstoffassimilation" in der natürlichen Photosynthese konstruiert diese Studie ein ternäres synergistisches System, das aus einem Photokatalysator, einem Proteinkäfig und lebenden Bakterien besteht. Durch die Integration eines lichtinduzierten Elektronenmoduls, eines Proteinkäfig-Schutzmoduls und eines metabolischen Moduls erreicht dieses System eine selektive NADH-Generierung und eine effiziente CO2-Fixierung. Die Einbeziehung des Proteinkäfigs verbessert nicht nur die Enzymstabilität, sondern trennt physikalisch den Photosensibilisator vom Enzym, wodurch die konformationelle Integrität des Enzyms erhalten bleibt und die Elektronennutzungseffizienz verbessert wird. Dieses biomimetische System zeigt eine signifikante Steigerung der CO2-zu-Formiat-Umwandlungseffizienz (6,8-facher Anstieg), was ein robustes Potenzial für die funktionelle Integration und die Nutzung von Lichtenergie demonstriert. Diese Strategie eröffnet neue Wege für lichtgetriebene grüne chemische Synthese, bietet ein Paradigma für die tiefe Integration von synthetischer Biologie und grüner Materialwissenschaft und legt einen soliden Grundstein für die Entwicklung von künstlichen photosynthetischen Zellfabriken der nächsten Generation.

@article{doi101002adfm202513487,
    author = "Yu, Xiaoxuan und Li, Hui und Bao, Sheng und Wu, Yaqi und Li, Cong und Xu, Zhengwei und Xu, Jiayun und Wang, Tingting und Liu, Junqiu",
    title = "Selbstorganisierte Proteinkäfige in lebender bakterieller Photokatalyse: Modulares Design ermöglicht selektive Regeneration von NADH und effiziente CO2-Fixierung",
    year = "2025",
    journal = "Advanced Functional Materials",
    abstract = "Der Einsatz von vorab entworfener bioingenieurtechnischer Proteine zur Konstruktion räumlich begrenzter Strukturen ermöglicht eine effiziente Integration biologischer und Nanomaterial-Komponenten und bietet neue wissenschaftliche Richtungen für Nano-Bio-Hybrid-Systeme. Die einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien können das ursprüngliche biologische Paradigma verändern, um neue metabolische Pfade oder neue Aktivierungstrigger zu ermöglichen. Inspiriert vom Kaskadenprozess der „lichtgetriebenen Elektronentransfer–Cofaktor-Regeneration–Kohlenstoffassimilation" in der natürlichen Photosynthese konstruiert diese Studie ein ternäres synergistisches System, das aus einem Photokatalysator, einem Proteinkäfig und lebenden Bakterien besteht. Durch die Integration eines lichtinduzierten Elektronenmoduls, eines Proteinkäfig-Schutzmoduls und eines metabolischen Moduls erreicht dieses System eine selektive NADH-Generierung und eine effiziente CO2-Fixierung. Die Einbeziehung des Proteinkäfigs verbessert nicht nur die Enzymstabilität, sondern trennt physikalisch den Photosensibilisator vom Enzym, wodurch die konformationelle Integrität des Enzyms erhalten bleibt und die Elektronennutzungseffizienz verbessert wird. Dieses biomimetische System zeigt eine signifikante Steigerung der CO2-zu-Formiat-Umwandlungseffizienz (6,8-facher Anstieg), was ein robustes Potenzial für die funktionelle Integration und die Nutzung von Lichtenergie demonstriert. Diese Strategie eröffnet neue Wege für lichtgetriebene grüne chemische Synthese, bietet ein Paradigma für die tiefe Integration von synthetischer Biologie und grüner Materialwissenschaft und legt einen soliden Grundstein für die Entwicklung von künstlichen photosynthetischen Zellfabriken der nächsten Generation.",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/5edf4c793499eb7ced0994b43bfa341b93f4a781",
    doi = "10.1002/adfm.202513487",
    is_oa = "true",
    number = "8",
    semanticscholar_citation_count = "1",
    semanticscholar_id = "5edf4c793499eb7ced0994b43bfa341b93f4a781",
    volume = "36"
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@article{doi101007s42250025014480,
    author = "Mishra, Ashutosh und Yadav, R.K. und Mishra, Shaifali und Shahin, Rehana und Sharma, Kanchan und Mishra, Vinay K. und Gupta, N. K. und Baeg, Jin‐Ook",
    title = "Functionalized Co-Doped Graphitic Carbon Nitride als ein hoch effizienter Photokatalysator für selektive wertschöpfende Formiatproduktion aus CO2",
    year = "2025",
    journal = "Chemistry Africa",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/fcfa57ad6cbd0a4a9ab4aeb06d0095c820540062",
    doi = "10.1007/s42250-025-01448-0",
    is_oa = "true",
    number = "9",
    pages = "4593-4606",
    semanticscholar_citation_count = "1",
    semanticscholar_id = "fcfa57ad6cbd0a4a9ab4aeb06d0095c820540062",
    volume = "8"
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Das Unkrautmanagement bleibt eine große landwirtschaftliche Herausforderung, insbesondere da viele problematische Arten auf die C4-Photosynthese angewiesen sind, im Gegensatz zu den meisten C3-Pflanzen. Herkömmliche Herbizide stoßen aufgrund von Resistenz und Umweltbedenken zunehmend an Grenzen. Hochdurchsatz-Screening hat synthetische kleine Molekül-Inhibitoren (SMIs) identifiziert, die Schlüssel-enzymen der C4-Photosynthese mit niedriger mikromolarer Potenz gezielt hemmen, darunter Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC), NADP-Malatenzym (NADP-ME) und Pyruvat-Phosphat-Dikinase (PPDK). Parallel dazu haben pflanzlich abgeleitete sekundäre Metaboliten, insbesondere Flavonoide, eine selektive in vivo-Hemmung der C4-Photosynthese gezeigt. Diese transgenfreien Verbindungen stellen einen vielversprechenden neuen Wirkmechanismus für Herbizide dar. Hier bewerten wir ihr Potenzial, aktuelle Einschränkungen bei der Unkrautbekämpfung zu adressieren, betonen ihre hohe Wirksamkeit und unterschiedlichen Wirkmechanismen und plädieren für weitere Forschung zu nachhaltigen, C4-zielgerichteten Herbiziden als Grundlage für eine widerstandsfähige Pflanzenschutzstrategie angesichts des Klimawandels.

@article{doi101016jmolp202510022,
    author = "Förster, Kerstin und Sauerland, Meike und Groth, Georg",
    title = "Von synthetischen kleinen Molekülen zu natürlichen Substanzen: Der C4 photosynthetic pathway as a target for sustainable weed control.",
    year = "2025",
    journal = "Molecular plant",
    abstract = "Weed management remains a major agricultural challenge, especially as many problematic species rely on C4-photosynthesis, unlike most C3-crops. Conventional herbicides face growing limitations due to resistance and environmental concerns. High-throughput screening has identified synthetic small-molecule inhibitors (SMIs) that target key C4-specific enzymes with low micromolar potency, including phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), NADP-malic enzyme (NADP-ME), and pyruvate phosphate dikinase (PPDK). In parallel, plant-derived secondary metabolites, notably flavonoids, have shown selective in vivo inhibition of C4-photosynthesis. These transgene-free compounds represent a promising new mode of herbicidal action. Here, we assess their potential to address current constraints in weed control, emphasize their high efficacy and distinct modes of action, and advocate for further research into sustainable, C4-targeted herbicides as a foundation for resilient crop protection in the face of climate change.",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/77a932de84a9cb71cfa496d4c979e6f0a6514f97",
    doi = "10.1016/j.molp.2025.10.022",
    is_oa = "true",
    number = "1",
    pages = "9-12",
    semanticscholar_citation_count = "1",
    semanticscholar_id = "77a932de84a9cb71cfa496d4c979e6f0a6514f97",
    volume = "19"
}

Der Schwefelassimilationsweg ist für den Pflanzenstoffwechsel unerlässlich und stellt ein vielversprechendes Herbizidziel dar. O-Acetylserin (Thiol)-Lyase, das letzte Enzym in diesem Weg, spielt eine Schlüsselregulierungsrolle. Diese Studie untersuchte die selektiven Wirkungen von S-Benzyl-L-Cystein, einem neuartigen O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Inhibitor, auf Mais (Zea mays) und Sauergras (Digitaria insularis), eine Glyphosat-resistente Unkrautart. Samen und Keimlinge wurden mit S-Benzyl-L-Cystein (0,0-5,0 mM) behandelt, und Keimung, Wachstum, O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität sowie photosynthetische Parameter wurden bewertet. Sauergras zeigte eine hohe Empfindlichkeit gegenüber S-Benzyl-L-Cystein; die Keimung wurde bei 2,0 mM um 53 % reduziert und bei 5,0 mM nahezu vollständig unterdrückt. Mais zeigte Toleranz bis 2,0 mM, wobei Wachstumshemmung erst bei 5,0 mM auftrat. S-Benzyl-L-Cystein hemmte die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität in den Wurzeln beider Arten, stärker im Sauergras. In den Blättern stieg die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität nur bei Mais an, was auf eine kompensatorische Reaktion hindeutet. Photosynthetische Analysen zeigten milde Effekte bei Mais, aber ausgeprägte Beeinträchtigungen bei Sauergras. Bei 2,0 mM S-Benzyl-L-Cystein zeigte Mais moderate Reduktionen bei der CO2-Assimilation (-18 %), der Stomataleitfähigkeit (-21 %), der Transpiration (-16 %) und dem effektiven Quantenausbeute von PSII (-15 %), während die interzelluläre CO2-Konzentration, die maximale Assimilationsrate, die maximale Carboxylierungsrate, die maximale Elektronentransportrate und die Elektronentransportrate unverändert blieben. Bei Sauergras verursachte S-Benzyl-L-Cystein starke Abfälle bei der CO2-Assimilation (-76 %), der Stomataleitfähigkeit (-81 %), der Transpiration (-79 %), der interzellulären CO2-Konzentration (-63 %), der maximalen Assimilationsrate (-62 %), der maximalen Carboxylierungsrate (-72 %), der maximalen Elektronentransportrate (-67 %), der effektiven Quantenausbeute von PSII (-24 %), der Elektronentransportrate (-46 %), begleitet von einer 25 %igen Zunahme der nicht-photochemischen Quenching. Dies ist die erste Studie, die artspezifische Reaktionen auf O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Hemmung bei zwei C4-Pflanzen aufdeckt und die Schwefelstoffwechselplastizität als Grundlage für die Selektivität von Herbiziden enthüllt. Diese Ergebnisse zeigen, dass S-Benzyl-L-Cystein die Photosynthese von Sauergras selektiv beeinträchtigt, Mais jedoch verschont, wahrscheinlich durch unterschiedliche Auswirkungen auf den Schwefelstoffwechsel und die Photoprotektion. O-Acetylserin (Thiol)-Lyase stellt sich somit als vielversprechendes Herbizidziel dar. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Wirksamkeit von S-Benzyl-L-Cystein unter Feldbedingungen zu validieren.

@article{doi101016jplaphy2026111024,
    author = "Grizza, Luiz Henryque Escher und de Carvalho Contesoto, Isabela und da Silva Mendonça, Ana Paula und Comar, Amanda Castro und Boromelo, Ana Paula und de Melo, Gabriele Sauthier Romano und Ferro, A. P. und dos Santos, W. D. und Constantin, R. P. und Marchiosi, R. und Ferrarese‐Filho, O.",
    title = "Hemmung der O-Acetylserin (Thiol)-Lyase durch S-Benzyl-L-Cystein: Unterschiedliche Effekte auf die Sulfataufnahme und Photosynthese in Mais (Zea mays) und Sauergras (Digitaria insularis).",
    year = "2026",
    journal = "Plant physiology and biochemistry : PPB",
    abstract = "Der Sulfataufnahmeweg ist für den Pflanzenstoffwechsel unerlässlich und stellt ein vielversprechendes Ziel für Herbizide dar. Die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase, das letzte Enzym in diesem Weg, spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulation. Diese Studie untersuchte die selektiven Effekte von S-Benzyl-L-Cystein, einem neuartigen O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Inhibitor, auf Mais (Zea mays) und Sauergras (Digitaria insularis), eine Glyphosat-resistente Unkrautart. Samen und Keimlinge wurden mit S-Benzyl-L-Cystein (0,0-5,0 mM) behandelt, und Keimung, Wachstum, O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität sowie photosynthetische Parameter wurden bewertet. Sauergras zeigte eine hohe Empfindlichkeit gegenüber S-Benzyl-L-Cystein, wobei die Keimung bei 2,0 mM um 53 % reduziert und bei 5,0 mM fast vollständig unterdrückt wurde. Mais zeigte Toleranz bis 2,0 mM, wobei Wachstumshemmung nur bei 5,0 mM auftrat. S-Benzyl-L-Cystein hemmte die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität in den Wurzeln beider Arten, stärker im Sauergras. In den Blättern nahm die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase-Aktivität nur im Mais zu, was auf eine kompensatorische Reaktion hindeutet. Photosynthetische Analysen zeigten leichte Effekte im Mais, aber ausgeprägte Beeinträchtigungen im Sauergras. Bei 2,0 mM S-Benzyl-L-Cystein zeigte Mais moderate Reduktionen bei der CO2-Assimilation (-18 %), der Stomataleitfähigkeit (-21 %), der Transpiration (-16 %) und dem effektiven Quantenausbeute von PSII (-15 %), während die interzelluläre CO2-Konzentration, die maximale Assimilationsrate, die maximale Carboxylierungsrate, die maximale Elektronentransportrate und die Elektronentransportrate unverändert blieben. Im Sauergras verursachte S-Benzyl-L-Cystein starke Abfälle bei der CO2-Assimilation (-76 %), der Stomataleitfähigkeit (-81 %), der Transpiration (-79 %), der interzellulären CO2-Konzentration (-63 %), der maximalen Assimilationsrate (-62 %), der maximalen Carboxylierungsrate (-72 %), der maximalen Elektronentransportrate (-67 %), dem effektiven Quantenausbeute von PSII (-24 %), der Elektronentransportrate (-46 %), begleitet von einer 25 %igen Zunahme der nicht-photochemischen Quenching. Dies ist die erste Studie, die artspezifische Reaktionen auf die Hemmung der O-Acetylserin (Thiol)-Lyase bei zwei C4-Pflanzen aufdeckt und die Schwefelstoffwechselplastizität als Grundlage für die Selektivität von Herbiziden enthüllt. Diese Ergebnisse zeigen, dass S-Benzyl-L-Cystein die Photosynthese des Sauergrases selektiv beeinträchtigt, während Mais verschont bleibt, wahrscheinlich durch unterschiedliche Auswirkungen auf den Schwefelstoffwechsel und die Photoprotektion. Die O-Acetylserin (Thiol)-Lyase stellt somit ein vielversprechendes Ziel für Herbizide dar. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Wirksamkeit von S-Benzyl-L-Cystein unter Feldbedingungen zu validieren.",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/e8b026b8d2c4c50a6e0f16f6ccfca6de1ece99f0",
    doi = "10.1016/j.plaphy.2026.111024",
    is_oa = "true",
    pages = "111024",
    semanticscholar_id = "e8b026b8d2c4c50a6e0f16f6ccfca6de1ece99f0",
    volume = "231"
}

Enzyme des Schwefelassimilationswegs stellen vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung selektiver Herbizide dar. Diese Studie untersuchte die Wirkungen von O-Benzyl-Serin (OBS), einem neu identifizierten Inhibitor der O-Acetylserin(thiol)-Lyase (OAS-TL), auf zwei C3-Unkrautarten, Ipomoea grandifolia und Euphorbia heterophylla. Die Pflanzen wurden 12 Tage lang hydroponisch in Anwesenheit von OBS (0–500 µM) kultiviert. OBS hemmte das Wurzelwachstum bei beiden Arten dosisabhängig, wobei I. grandifolia empfindlicher war. Die OAS-TL-Aktivität nahm in den Wurzeln von I. grandifolia ab, stieg jedoch in den Blättern von E. heterophylla an. Die Nährstoffanalyse ergab signifikante Veränderungen im Schwefel-, Magnesium- und Calciumgehalt, die mit Chlorose und reduziertem Wurzel- und Blattwachstum einhergingen. Während die photosynthetische Leistung bei der niedrigsten getesteten OBS-Konzentration (62,5 µM) unverändert zu sein schien, reduzierten höhere Dosen die Blattexpansion drastisch und verhinderten weitere Messungen. Angesichts dieses deutlichen Rückgangs der Blattentwicklung ist es vernünftig anzunehmen, dass auch die gesamte photosynthetische Kapazität der Pflanzen unter schwerer OBS-Exposition negativ beeinflusst wurde. OBS störte zudem die Apikaldominanz und förderte die Bildung von Seitensprossen. Diese Ergebnisse zeigen, dass OBS den Schwefelstoffwechsel und das Wachstum unterschiedlich in arts- und organspezifischer Weise beeinflusst, was sein Potenzial als Prototyp-Molekül für Herbizide, die neue biochemische Wege angreifen, unterstützt.

@article{doi103390agrochemicals5010003,
    author = "de Carvalho Contesoto, Isabela und Boromelo, Ana Paula und da Silva Mendonça, Ana Paula und Corbetta, Cinthia Martins und Comar, Amanda Castro und de Oliveira, Marco Aurélio Schüler und Tomazini, L. F. und de Almeida Junior, João Henrique Vieira und Batista, Marcelo Augusto und Bueno, Paulo Sérgio Alves und Barbeiro, C. und Ferro, A. P. und dos Santos, W. D. und Constantin, R. P. und Ferrarese‐Filho, O. und Marchiosi, R.",
    title = "Differential Effects of O-Benzyl-Serine on Sulfur Metabolism, Photosynthesis, and Growth in Two Species of Weeds",
    year = "2026",
    journal = "Agrochemicals",
    abstract = "Enzyme des Schwefelassimilationswegs stellen vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung selektiver Herbizide dar. Diese Studie untersuchte die Wirkungen von O-Benzyl-Serin (OBS), einem neu identifizierten Inhibitor der O-Acetylserin(thiol)-Lyase (OAS-TL), auf zwei C3-Unkrautarten, Ipomoea grandifolia und Euphorbia heterophylla. Die Pflanzen wurden 12 Tage lang hydroponisch in Anwesenheit von OBS (0–500 µM) kultiviert. OBS hemmte das Wurzelwachstum bei beiden Arten dosisabhängig, wobei I. grandifolia empfindlicher war. Die OAS-TL-Aktivität nahm in den Wurzeln von I. grandifolia ab, stieg jedoch in den Blättern von E. heterophylla an. Die Nährstoffanalyse ergab signifikante Veränderungen im Schwefel-, Magnesium- und Calciumgehalt, die mit Chlorose und reduziertem Wurzel- und Blattwachstum einhergingen. Während die photosynthetische Leistung bei der niedrigsten getesteten OBS-Konzentration (62,5 µM) unverändert zu sein schien, reduzierten höhere Dosen die Blattexpansion drastisch und verhinderten weitere Messungen. Angesichts dieses deutlichen Rückgangs der Blattentwicklung ist es vernünftig anzunehmen, dass auch die gesamte photosynthetische Kapazität der Pflanzen unter schwerer OBS-Exposition negativ beeinflusst wurde. OBS störte zudem die Apikaldominanz und förderte die Bildung von Seitensprossen. Diese Ergebnisse zeigen, dass OBS den Schwefelstoffwechsel und das Wachstum unterschiedlich in arts- und organspezifischer Weise beeinflusst, was sein Potenzial als Prototyp-Molekül für Herbizide, die neue biochemische Wege angreifen, unterstützt.",
    url = "https://www.semanticscholar.org/paper/ac2920a71a59ccddda307e16702fefa97851f775",
    doi = "10.3390/agrochemicals5010003",
    is_oa = "true",
    number = "1",
    pages = "3",
    semanticscholar_id = "ac2920a71a59ccddda307e16702fefa97851f775",
    volume = "5"
}