Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grüne Giganten

04.04.2005


Max-Planck-Wissenschaftler entdecken, wie kleine RNA Moleküle die Biomasse von Pflanzen regulieren


Links eine Wildtyp-Pflanze kurz vor dem Blühen; rechts eine Pflanze, die unter gleichen Bedingungen gewachsen ist. Die rechte Pflanze ist mehr als doppelt so alt, blüht noch immer nicht, hat aber das mehr als dreifache Gewicht der linken Pflanze. Diese Effekte sind auf die Überproduktion der microRNA156 zurückzuführen. Bild: MPI für Entwicklungsbiologie



Kleine RNA-Moleküle, so genannte microRNAs, greifen steuernd in die Protein-Synthese von Organismen ein, indem sie über komplementäre Basenpaarung an die Boten-RNAs der entsprechenden Proteine binden. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen konnten nun den Grad der Sequenz-Spezifität bestimmen, mit dem microRNAs an Boten-RNAs binden müssen, um deren effektiven Abbau zu induzieren. In der Modellpflanze Arabidopsis konnten die Forscher durch Überproduktion bestimmter microRNAS dabei auch eine deutliche Zunahme der Biomasse auslösen, die sich bei Nutzpflanzen unter Umständen vorteilhaft einsetzen ließe (Developmental Cell, 3. April 2005).

... mehr zu:
»Biomasse »Boten-RNA »Organismus »Protein »RNA


Der komplexe Weg von einer befruchteten Eizelle zu einem vielzelligen Organismus erfordert einen hohen Grad an Koordination und Regulation. Vor wenigen Jahren haben Forscher herausgefunden, dass dabei so genannte microRNAs, kleine RNA Moleküle von nur 19 bis 23 Nukleotiden Länge, eine entscheidende Rolle übernehmen. Erstmals entdeckt im Fadenwurm C. elegans als genetische Regulatoren der Larvalstadien, wurden in den letzten Jahren in immer mehr Organismen, Tieren wie auch Pflanzen, ähnliche microRNAs mit verwandten Funktionen gefunden. Die Information für die kleinen RNA-Moleküle ist in der DNA gespeichert. Ebenso wie die Bauanleitung für die Proteine: Hierbei wird der entsprechende DNA-Abschnitt in Boten-RNA umgeschrieben und diese wiederum in einem zweiten Schritt in eine Aminosäurekette, das Protein, übersetzt. In diese Protein-Synthese greifen microRNAs regulierend ein, indem sie über komplementäre Basenpaarung an die Boten-RNAs der entsprechenden Proteine binden. In pflanzlichen Systemen folgt daraufhin der Abbau dieser Boten-RNA, die damit nicht mehr für die Herstellung des Proteins zur Verfügung steht.

Da microRNAs selbst auch nur zu bestimmten Zeiten und in bestimmten Geweben produziert werden, handelt es sich hierbei um eine zusätzliche Regulationsebene, die garantiert, dass Proteine nur in den dafür vorgesehenen Zellen und nur in adäquaten Mengen produziert werden. Fehlregulationen durch ein verändertes Zusammenspiel von RNAs und Proteinen können zu erheblichen Defekten und veränderten Eigenschaften der Pflanze führen. Auch wenn einige grundlegende Fragen zur Entstehung und Funktionsweise der microRNA in Pflanzen schon geklärt werden konnten, so ist doch nach wie vor in vielen Fällen noch immer unbekannt, welche Prozesse von den verschiedenen microRNAs reguliert werden und auch den molekularen Mechanismus zur Erkennung von Boten-RNAs kennt man nur ansatzweise. Rebecca Schwab und ihre Kollegen aus der Arbeitsgruppe von Detlef Weigel am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie haben mit molekularbiologischen, genomischen und bioinformatischen Methoden versucht, der Funktion und den Wirkungsmechanismen pflanzlicher microRNAs auf die Spur zu kommen.

Indem die Wissenschaftler eine künstliche Überproduktion der microRNA auslösen, können sie damit gleichzeitig die Synthese der von der microRNA regulierten Proteine weiter drosseln. Dadurch verändert sich das Erscheinungsbild des Organismus, und das wiederum lässt Rückschlüsse auf die Funktion der microRNA in der Entwicklung des Tiers oder der Pflanze zu. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana führte die Überproduktion von microRNAs in allen untersuchten Fällen zu erheblichen Missbildungen und Entwicklungsdefekten. Bei der pflanzenspezifischen microRNA156 konnten die Forscher eine deutliche Zunahme der Biomasse beobachten (Abbildung 1). "Dieses Ergebnis ist besonders interessant", erklärt Detlef Weigel. "Denn der genetische Konservierungsgrad dieser microRNA und der von ihr regulierten Boten-RNAs lassen vermuten, dass eine Zunahme der Biomasse auf diesem Wege auch in anderen Pflanzenarten, wie zum Beispiel Nutzpflanzen, erzielt werden könnte."

Im Verlauf ihrer Untersuchung gelang es den Entwicklungsbiologen, den Grad der Sequenz-Spezifität zu bestimmen, mit dem microRNAs an Boten-RNAs binden müssen, um deren effektiven Abbau zu induzieren. Dafür wurden genomweite Expressionsprofile von microRNA überproduzierenden und normalen Pflanzen erstellt und verglichen. Extraktion und Analyse der Differenzen zwischen diesen Profilen ermöglichten erstmals, das Spektrum der von einer pflanzlichen microRNA regulierten Boten-RNAs abzuschätzen.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass pflanzliche microRNAs einen sehr hohen Grad an Spezifität erfordern, sodass nur wenige Boten-RNAs direkt beeinflusst werden", erklärt Rebecca Schwab. Mit dem Wissen der Sequenz-spezifischen Parameter, die bestimmen ob eine Boten-RNA von einer bestimmten microRNA reguliert werden kann, steht nun die Zukunft offen, um mithilfe artifizieller microRNAs gezielt und spezifisch die Produktion bestimmter Proteine in Pflanzen zu modulieren. [RS/CB]

Originalveröffentlichung:

Schwab R, Palatnik JF, Riester M, Schommer C, Schmid M und Weigel D
Specific effects of microRNAs on the Plant Transcriptome
Developmental Cell, April 3, 2005

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

Weitere Berichte zu: Biomasse Boten-RNA Organismus Protein RNA

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | 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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften