Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wandelfreudige Blütenarchitektur

13.04.2005


Ein Prinzip der Evolution morphologischer Neuheiten im Pflanzenreich haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln entdeckt.


Physalis alkekengi - Bild: MPI für Züchtungsforschung/Peter Huiyser



Der Entstehung der ungewöhnlichen Hüllstruktur von Physalis, der so genannten chinesischen Laterne aus der Familie der Nachtschattengewächse sind Forscher des Kölner Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung jetzt nachgegangen. Nachtschattengewächse (Solanaceen) sind besonders reich an evolutionären Neuheiten. Mit ihrer Studie konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Ausprägung des Gens MPF2 und die Funktionsweise des zugehörigen Transkriptionsfaktors in den Blüten von Physalis der Grund für ihre ungewöhnliche architektonische Form ist. Mit ihren Untersuchungen haben die Max-Planck-Molekularbiologen die Entstehung morphologischer Neuheiten im Pflanzenreich - ein uraltes Phänomen der Evolutionsbiologie - beispielhaft untersucht. (PNAS, 11. April 2005).



Fast jährlich findet man auf Blumenmärkten neue Farb- und Formvarianten der verschiedensten Pflanzenfamilien. Viele dieser Züchtungen erfreuen sich allgemeiner Beliebtheit und finden reißenden Absatz. Das uralte Phänomen der Evolutionsbiologie, die Entstehung morphologischer Neuheiten, rückt in den letzten Jahren nun auch zunehmend ins Zentrum der Forschungsaktivitäten von Molekularbiologen.

Die Kölner Molekularbiologen Chaoying He und Heinz Saedler vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung haben jetzt die Evolution einer neuen Blüten-Architektur bei Physalis, der so genannten chinesischen Laterne aus der Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceen) untersucht und sind der Entstehung ihrer ungewöhnlichen Hüllstruktur nachgegangen. Die Solanaceen umfassen mehr als 3500 Arten, Tomaten, Kartoffeln, Paprika, Auberginen und Physalis gehören zu ihnen. "Nachtschattengewächse sind reich an evolutionären Neuheiten, Physalis ist ein sehr anschauliches Beispiel dafür", erklärt Heinz Saedler. Eine ballonartige Hülle gibt nach der Reifung eine orangefarbene Beere frei. Liebhaber von kalten Buffets schätzen sie als Verzierung auf dem Essen. Neben ihren optischen Vorzügen ist die Beere auch außergewöhnlich reich an Nährstoffen und kann bedenkenlos verzehrt werden.

Physalis gehört zu den höheren Pflanzen. Blüten höherer Pflanzen umfassen vier Kreise von Organen. Alle Organe werden in der Blütenknospe zunächst fest von den Kelchblättern (Sepalen) umhüllt, die sich später jedoch öffnen und die Kronblätter (Petalen), die der Anlockung von Befruchtern (z.B. Insekten und Vögel) dienen, freigeben. Die männlichen Staubblätter (Stamen) und die weiblichen Fruchtblätter (Karpellen) folgen in den inneren Organkreisen. Neuheiten können in allen Organkreisen entstehen. Besonders leicht zu erkennen sind architektonische Veränderungen jedoch sowohl bei den Kron- als auch bei den Kelchblättern. "Morphologische Neuheiten entstehen durch Veränderungen in Entwicklungsprozessen", sagt Heinz Saedler. Für die Entstehung der Laterne von Physalis bedeutet dies, dass die Kelchblätter (Sepalen) nach der Befruchtung wieder zu wachsen beginnen und letztendlich die reife Frucht einhüllen. Die Molekularbiologen nennen dieses Merkmal auch Inflated-Calyx-Syndrome (ICS).

Um den Ursachen des Inflated-Calyx-Syndrome auf den Grund zu gehen, verglichen die Molekularbiologen Physalis mit der Kartoffel. Beide stammen aus der Familie der Solanaceen, sind also nahe miteinander verwandt. Die Unterschiede in der Blüten- und Fruchtbildung sind nur wenig, aber charakteristisch verschieden ausgeprägt. Die Wissenschaftler vermuteten aufgrund früherer Studien, dass ein MADS-box-Transkriptionsfaktor bei der Entstehung des ICS bei Physalis beteiligt sein muss. In Pflanzen gibt es allein mehr als einhundert MADS-box-Faktoren, die - meist in Kombination - die Expression bestimmter Gene steuern. So ist etwa eine bestimmte Kombination von MADS-box-Proteinen z.B. für die Identität eines Organs in Physalis verantwortlich. Dies haben die Kölner Forscher bereits vor ein paar Jahren in einem Modell veranschaulicht.

Ein Vergleich der Ausprägung der Gene MPF2 bei Physalis und dem entsprechenden Gen STMADS16 in der Kartoffel, die beide einen MADS-box-Transkriptionsfaktor kodieren, führte die Kölner Forscher schließlich auf die richtige Spur. In der Kartoffel wird STMADS16 nur im vegetativen Gewebe ausgeprägt. Im Gegensatz hierzu wird die Expression von MPF2 in Physalis, auch in floralen Geweben beobachtet. Durch einen gentechnologischen Eingriff, der so genannten RNAi-Methode, bei der man Gene gezielt ausschaltet, konnte die Funktion von MPF2 in Physalis stark reduziert werden. Dies hatte drastische Konsequenzen: Die transgenen Pflanzen hatten kleinere Blätter, bildeten keine Laternen (ICS) mehr aus und waren männlich steril. Daraus schlossen die Molekularbiologen, dass MPF2 offensichtlich sowohl für die Ausbildung normaler Blätter wie auch von ICS benötigt wird. Ferner scheint MPF2 auch ein Bestandteil des männlichen Fertilitätsprogramms zu sein.

Anschließend gingen die Wissenschaftler der Ursache für die ungewöhnliche Ausprägung von MPF2 in den floralen Organen von Physalis auf den Grund. Erbgut-Sequenzanalysen der Promotoren, also der Schaltstellen von Genen, von STMADS16 und MPF2 zeigten, dass die beiden Kontrollsegmente völlig unterschiedlich sind. Dies macht die unterschiedliche Expression der beiden Gene in Kartoffeln und Physalis verständlich. MPF2 stimuliert die Zellteilung in Blättern und in Sepalen bei gleichzeitiger Reduzierung der Zellgröße. Dies konnte überzeugend in transgenen Kartoffel-Pflanzen, in denen MPF2 auch in Blütenorganen ausgeprägt wurde, bestätigt werden. Ihre stark vergrößerten Sepalen wiesen viele kleine Zellen auf.

Damit konnten die Kölner Forscher nachweisen, dass die Nutzung eines existierenden Transkriptionsfaktors und seine Integration in einen anderen Kontext die Evolution von ICS in Physalis beinflusst. Dies stellt möglicherweise ein Prinzip der Evolution morphologischer Neuheiten im Pflanzenreich dar.

Prof. Heinz Saedler | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpiz-koeln.mpg.de

Weitere Berichte zu: Gen ICS Kartoffel MPF2 Molekularbiologe Neuheit Organ Physalis Sepalen Solanaceen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie