Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Moleküle bringen Pflanzen in Form

21.08.2003


Der Abbau von Boten-RNA, der durch kleine Micro-RNAs ausgelöst wird, ist essentiell für ein normales Pflanzenwachstum. In der Pflanze im Vordergrund kann die Boten-RNA eines TCP-Gens nicht mehr von der Micro-RNA gebunden werden. Die Pflanze kommt deshalb nicht über das Keimlingsstadium hinaus. In der Pflanze im Hintergrund gibt es zuviel von einer speziellen Micro-RNA ("Jaw"), was zu einer übermäßigen Zellteilung in den Blättern führt, die dadurch eine zerknitterte Form bekommen.

Foto: Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie


Deutsch-amerikanischem Forscherteam gelingt Nachweis, dass Entwicklung und Wachstum von Pflanzen durch winzige RNA-Moleküle kontrolliert wird

... mehr zu:
»Boten-RNA »Gen »Jaw-Micro-RNA »Micro-RNA »Molekül »RNA

Kleine RNA-Moleküle haben großen Einfluss auf die äußere Gestalt von Pflanzen, berichten jetzt Wissenschaftler um Detlef Weigel, Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, sowie Jim Carrington, Direktor des Zentrums für Genforschung und Biotechnologie an der Oregon State University/USA in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" (Nature, Advance Online Publication, 20. August 2003). Bei ihren Untersuchungen an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnten die Forschern erstmals nachweisen, dass winzige RNA-Moleküle, so genannte Micro-RNAs, die Entwicklung einer Pflanze durch den kontrollierten Abbau von wesentlich längeren Boten-RNAs ("Messenger RNA") regulieren. Die Micro-RNAs binden dabei an ganz bestimmte Boten-RNAs, deaktivieren dadurch die zugehörigen Gene und kontrollieren - in diesem Fall - die Struktur und Morphologie der Blätter. Diese neuen Erkenntnisse werden unser Verständnis revolutionieren, wie Pflanzen ihre Gestalt und ihr Wachstum kontrollieren. Für Pflanzen ist es lebensnotwendig, Strukturen in ganz bestimmten Formen ausbilden zu können, um Sonnenenergie einzufangen und diese letztlich auch in Produkte wie Früchte oder Fasern umzuwandeln. Von daher sind die neuen Befunde auch von großer Bedeutung für die Land- und Forstwirtschaft.

Seit der Entdeckung der DNA-Doppelhelix vor 50 Jahren haben sich Biologen hauptsächlich um die DNA und ihren Einfluss auf die Regulation der Gene gekümmert. Erst im letzten Jahr wurde klar, welch bedeutende Rolle auch Micro-RNAs dabei spielen, die Aktivitäten von Genen unter Kontrolle zu halten (vgl. PRI 10 / 2003 - "Kleine Moleküle kommen groß raus - Wissenschaftliches Glanzlicht des Jahres 2003"). Weniger als ein Jahr ist es her, als mehrere Gruppen, darunter die von Jim Carrington, entdeckten, dass Pflanzen eine Vielzahl winziger RNAs, so genannte Micro-RNAs, enthalten. Diese Micro-RNAs selbst sind wiederum Produkte größerer RNAs. "Da Pflanzen, die nicht genügend Micro-RNAs produzieren, nur schlecht wachsen, wussten wir, dass wir auf etwas ziemlich Wichtiges gestoßen waren. Doch die exakten Ursachen für die vielen Defekte, die wir sahen, konnten wir noch nicht ermitteln," sagt Carrington.


Micro-RNA’s funktionieren wie ein digitales Radar, dass die Boten-RNA von ganz bestimmten Zielgenen auffindet. Die Boten-RNA, die eigentlich das kritische Molekül bei der genetischen Informationsübertragung ist, wird dann durch molekulare Prozesse, die von der Micro-RNA ausgelöst werden, entweder abgebaut oder aber deaktiviert. "Das Abschalten spezifischer Gene ist in Pflanzen sehr wichtig, zum Beispiel um abartige Pflanzenentwicklungen zu verhindern, genauso wie es Krebswachstum in Tieren verhindert," meint Weigel dazu.

Gemeinsam haben Weigel und Carrington deshalb das genaue Zusammenspiel einer ganz bestimmten Micro-RNA, die sie "Jaw" genannt haben, und seiner Zielgene analysiert. "Wir hatten schon seit ein paar Jahren eine Arabidopsis-Mutante, die eine größere RNA mit uns unbekannter Funktion im Übermaß produzierte. Überraschenderweise schien diese RNA nicht für ein Protein zu kodieren, wie es die meisten RNAs tun. Als wir dann letztes Jahr Carrington’s Artikel über Micro-RNAs lasen, wurde uns plötzlich klar, dass diese RNA nicht in ein Protein übersetzt, sondern in Micro-RNAs geschnitten wird," so Weigel.

Mit Hilfe von DNA-Chips kann man heute alle Boten-RNAs in einer Pflanze messen. Unter Einsatz solcher DNA-Chips entdeckten Weigel und Carrington, dass die Jaw-Micro-RNA spezifisch den Abbau einer Gruppe von mehreren TCP-Boten-RNAs koordiniert. Die TCP-Gene wiederum werden benötigt, um eine übermäßige Zellteilung in den Blättern zu verhindern. Ohne diese Gene gibt es zu viele Zellteilungen und die Blätter verziehen sich, anstatt flach zu bleiben. Genau so sahen die Pflanzen aus, die zu viel Jaw-Micro-RNA enthielten. Als nächsten Schritt veränderten die Wissenschaftler dann die TCP-Gene derart, dass ihre Boten-RNAs nicht mehr von "Jaw" erkannt werden konnten. Pflanzen, die diese veränderten TCP-Gene enthielten, kamen über das Keimlingsstadium nicht mehr hinaus. Damit war bewiesen, dass das Auffinden von TCP-Boten-RNAs durch Jaw-Micro-RNAs unerlässlich für die normale Pflanzenentwicklung ist.

Die Forscher haben sowohl die Jaw-Micro-RNA als auch ihre TCP-Zielgene in allen bis jetzt getesteten Blütenpflanzen gefunden, einschließlich in Getreidepflanzen. "Daraus schließen wir, dass diese Kontrolle der Blattform nicht nur in Arabidopsis genutzt wird, unserem Lieblingsobjekt im Labor, sondern auch in Pflanzen mit landwirtschaftlicher Bedeutung, wie Mais oder Sojabohne," sagte Weigel.

Je mehr Micro-RNAs entdeckt werden und je besser man ihre konkrete Rolle beim Pflanzenwachstum versteht, desto mehr Möglichkeiten könnten sich ergeben, um mit diesem Wissen auch effizientere und produktivere Pflanzen zu züchten. "Wir werden wahrscheinlich bald herausfinden, dass Micro-RNAs viele Prozesse der Pflanzenentwicklung kontrollieren, wie das Blühen, das Wurzelwachstum oder die Samenbildung, sagt Carrington. Weigel stimmt dem zu: "Tatsächlich haben wir in neueren Untersuchungen bereits herausgefunden, dass andere Micro-RNAs und deren Zielgene zum Beispiel eine wichtige Rolle dabei spielen, zu welchem Zeitpunkt Pflanzen blühen. Die potentielle Auswirkung dieser Befunde könnte beträchtlich sein, da dies völlig neue Wege bietet, um Pflanzen letztlich an ihre Umwelt besser anzupassen."

An der Studie waren ebenfalls beteiligt: Javier F. Palatnik, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie und The Salk Institute, Edwards Allen, Oregon State University, Xuelin Wu, The Salk Institute, sowie Carla Schommer und Rebecca Schwab vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie.

Experten, die die neuen Forschungsergebnisse kommentieren können:

Prof. Victor Ambros
Dartmouth College, USA
Tel.: +1 (603) 650 - 1939
E-Mail: victor.ambros@dartmouth.edu

Prof. Kathryn Barton
Carnegie Institution, USA
Tel.: +1 (650) 325 - 1521 x224
E-Mail: barton@andrew2.stanford.edu

Prof. Bonnie Bartel
Rice University, USA
Tel.: +1 (713) 348 - 5602
E-Mail: bartel@bioc.rice.edu

Prof. David Baulcombe
John Innes Centre, UK
Tel.: +44 (0) 1603 - 450420
E-Mail: david.baulcombe@bbsrc.ac.uk


Das Projekt "Control of leaf morphogenesis by Micro-RNAs [Kontrolle der Blatt-Entwicklung durch Micro-RNAs]" wurde durch die Max-Planck-Gesellschaft sowie das National Institute of Health (NIH) und die National Science Foundation (NSF) der USA gefördert.

Originalveröffentlichung:

Javier F. Palatnik, Edwards Allen, Xuelin Wu, Carla Schommer, Rebecca Schwab, James Carrington & Detlef Weigel
Control of leaf morphogenesis by microRNAs
Nature, Advance Online Publication, 20. August 2003, DOI: 10.1038/nature01958 (http://dx.doi.org/10.1038/nature01958)


Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Detlef Weigel
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen
Tel.: +49 (7071) 601 - 1411
Fax.: +49 (7071) 601 - 1409
E-Mail: weigel@weigelworld.org


Prof. James Carrington
Cenmter for Gene Research & Biotechnology, Oregon State University, USA, Corvallis, OR, USA
Tel.: +1 (541) 737 - 3347
Fax.: +1 (541) 737 - 3045
E-Mail: carrington@orst.edu

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.cgrb.orst.edu/
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Boten-RNA Gen Jaw-Micro-RNA Micro-RNA Molekül RNA

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie