Wie die Pflanzenzelle weiß, wo sie ihre Wurzel bilden muss

Ein ganzes Protein-Netzwerk regelt die Hormonverteilung – Veröffentlichung in Nature

Wie ein Mensch entwickelt sich auch eine Pflanze aus einer einzigen Zelle. Damit die sich teilt, die Zellen sich strecken, der wachsende Zellklumpen nach oben einen Stängel und Blätter, nach unten aber eine Wurzel bildet, muss das Pflanzenhormon Auxin die Regie übernehmen. Forscher gehen davon aus, dass über die Lenkung der Auxinströme die Pflanze ihre Gestalt annimmt und geregelt wird, in welche Richtung und in welchem Ausmaß sie wächst. Doch wie werden wiederum die Auxinströme gelenkt? Das hat Dr. Jirí Friml vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) an der Universität Tübingen in Zusammenarbeit mit Kollegen an den Universitäten Utrecht und Freiburg bei der Wurzelbildung an der Modellpflanze der Genetiker und Molekularbiologen, der Ackerschmalwand, genauer untersucht. Die Forschungsergebnisse wurden in dem Fachjournal Nature veröffentlicht (Nature, Band 433, Seite 39-44, vom 6. Januar 2005).

Das Hormon Auxin spielt bei so vielen Prozessen der Musterbildung und Wachstumssteuerung in der Ackerschmalwandpflanze, lateinisch Arabidopsis thaliana, eine Rolle, dass seine Verteilung fein reguliert werden muss. Schon in der ersten Zelle einer neuen Pflanze entscheidet die Auxinverteilung, wo „oben“ und wo „unten“ ist, wo welche Organe angelegt werden. Das Hormon bewegt sich nicht von allein an die richtigen Stellen, sondern es wird über so genannte PIN-Proteine gelenkt. Von den PIN-Proteinen beziehungsweise den PIN-Genen, die ihre Bauanleitungen enthalten, gibt es eine Reihe unterschiedlicher Typen, die von den Wissenschaftlern durchnummeriert wurden. Die PIN-Proteine sitzen in der Zellmembran und ähneln anderen Proteinen, die für Transporte in die Zelle hinein und aus ihr heraus zuständig sind. Die verschiedenen PIN-Proteintypen sind in den Zellen unterschiedlich verteilt: zum Beispiel findet sich PIN1 unten, PIN2 oben und PIN3 seitlich. Sie sorgen dafür, dass das Auxin nur in einer Richtung weitertransportiert wird und sich an bestimmten Stellen konzentriert.

In ihren aktuellen Untersuchungen zur Ausbildung der Wurzel haben die Wissenschaftler ein ganzes Netzwerk an PIN-Proteinen entdeckt, das die Auxinströme lenkt. Fünf verschiedene PIN-Proteine sorgen gemeinsam dafür, dass sich im unteren Wurzelbereich ein Auxinmaximum ausbildet und dadurch die Zellteilung und -streckung während des Auswachsens der Pflanzenwurzel steuern. Außerdem regeln die PIN-Proteine die Aktivität der so genannten PLT-Gene, die für die Bildung von Stammzellen in der Wurzel wichtig sind. Denn in der auswachsenden Wurzel muss sich kontrolliert ein Teil der Zellen spezialisieren, ein anderer Teil, die Stammzellen, muss längerfristig unspezialisiert und teilungsfähig bleiben. Die PLT-Gene wiederum werden gebraucht, um die PIN-Gene ablesen und in Proteine umsetzen zu können. Mit den sich gegenseitig kontrollierenden PIN- und PLT-Genen, die gemeinsam den gerichteten Auxintransport bewerkstelligen und die Musterbildung in der jungen Wurzel bewirken, haben die Forscher ein interaktives Regelungsnetzwerk für diese komplizierten Vorgänge ausgemacht. Damit sind sie der grundlegenden Erforschung der Entwicklung und Gestaltbildung bei Pflanzen, die in vielen Details noch immer rätselhaft ist, wieder einen Schritt näher gekommen.

Nähere Informationen:

Dr. Jirí Friml
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP)
Auf der Morgenstelle 3
72076 Tübingen
Tel. 0 70 71/2 97 88 87
Fax 0 70 71/29 32 87
E-Mail jiri.friml@zmbp.uni-tuebingen.de