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 Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit

Antibiotikaresistenz zeigt sich durch Leuchten

28.03.2017 | Biowissenschaften Chemie