Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Meilenstein für das Verständnis der Entstehung der Pflanzenarten

03.08.2007
Pflanzenbiologen vermuteten seit längerem, dass bei Blütenpflanzen zwei Zellen des weiblichen Geschlechtsapparates beim Befruchtungsvorgang eine zentrale Funktion zukommt.

Eine Forschungsgruppe der Universität Zürich hat nun erstmals zeigen können, dass die beiden Zellen den Befruchtungsprozess effektiv steuern und auch bei der Entstehung der Pflanzenarten eine Schlüsselrolle gespielt haben. Die Studie ist in der heute erschienenen Ausgabe von "Science" publiziert worden (Volume 317, Issue 5838).

Wie eigentlich kommt ein Spermium zur Eizelle? Bei Säugetieren bewegen sich die männlichen Geschlechtszellen selbst fort: Sie schwimmen, sobald sie den männlichen Körper verlassen haben, aktiv auf die zu befruchtende Eizelle zu. Ganz anders bei Blütenpflanzen: Ihre Spermien sind unbeweglich. Damit weibliche und männliche Geschlechtszellen miteinander verschmelzen können, brauchen die Spermien ein Transportmedium - den Pollen. Dieser keimt und bildet den Pollenschlauch aus. Sobald der Pollenschlauch den Embryosack mit der Eizelle erreicht hat, bricht er auf und setzt die beiden Spermien frei.

Anders bei der Feronia-Mutante der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, welche den Pflanzenbiologen als Modellpflanze dient. Auch bei der Feronia-Mutante dringt der Pollenschlauch in den Embryosack vor. Die Spermien aber werden nicht freigesetzt: Die Befruchtung unterbleibt. Dieses seltsame Phänomen brachte die Forschungsgruppe von Ueli Grossniklaus, Professor für Pflanzenentwicklungsgenetik an der Universität Zürich, auf die heisse Spur: Die bahnbrechenden Resultate der rund zehnjährigen Forschungsarbeiten sind jetzt im Wissenschaftsjournal "Science" publiziert worden.

Kommunikation zwischen Schloss und Schlüssel

Für das richtige Verhalten des Pollenschlauchs - Andocken am Embryosack und Freisetzen der Spermien - sind, so die neuen Erkenntnisse, zwei Zellen des weiblichen Geschlechtapparates verantwortlich. Diese beiden Zellen werden als Synergid-Zellen bezeichnet. "Die beiden Synergid-Zellen funktionieren ähnlich wie ein Türschloss", fasst Juan Miguel Escobar die Resultate seiner Dissertation zusammen. "Schloss und Schlüssel müssen zusammenpassen, damit das Tor sich öffnet." Die Synergid-Zellen kommunizieren mittels Enzymen, so genannten Kinasen, mit dem Pollenschlauch.

Im Fall der Mutante Feronia ist das Feronia-Gen in den Synergid-Zellen defekt: Die Synergid-Zellen erkennen den Pollenschlauch nicht und kommunizieren folglich nicht mit ihm. Der Pollenschlauch wächst im Embryosack weiter, ohne zu erkennen, dass er am Ziel angelangt ist. Folge davon: Die Spermien werden nicht freigesetzt, die Eizellen nicht befruchtet. "Wenn das Schloss kaputt ist, hilft auch der richtige Schlüssel nicht weiter", bringt Escobar den Sachverhalt auf den Punkt.

Das gleiche Phänomen konnten die Forscher auch beobachten, wenn sie die Ackerschmalwand mit artfremdem Pollen von Arabidopsis lyrata bzw. Cardamine flexuosa bestäubten: Auch hier wächst der Pollenschlauch im Embryosack weiter, die Freisetzung des Pollens unterbleibt. Um bei Escobars Bild von Schloss und Schlüssel zu bleiben: Nur der passende Schlüssel vermag das Schloss zu öffnen und den Kommunikationsprozess zwischen weiblichen und männlichen Zellen zu starten. Unterbleibt die Kommunikation, verläuft der Befruchtungsversuch ergebnislos.

Fehlende Kommunikation verantwortlich für Entstehung der Artengrenze

Mit diesem Schloss-und-Schlüssel-Prinzip schützen sich Blütenpflanzen vor der Befruchtung mit artfremdem Pollen. Die fehlende Kommunikation von weiblichen und männlichen Zellen spielt für die Entstehung der Artengrenze die zentrale Rolle, so die wichtigste Erkenntnis von Escobar. Die Grenze zwischen nahe verwandten Arten kann dereinst vielleicht überwunden werden. Dazu müsste der Kommunikationsprozess so verändert werden, dass Schloss und Schlüssel erneut zusammenpassen und miteinander kommunizieren können, vermutet der junge Forscher.

Schlüssel gesucht

Vorerst aber gilt es, zuerst den männlichen Kommunikationspartner der Synergid-Zellen zu identifizieren. Dazu Juan Miguel Escobar: "Wir kennen das Schloss. Wir wissen, dass es einen Schlüssel geben muss. Aber wir wissen noch nicht, wie der Schlüssel aussieht." Zukünftige Forschungsarbeiten sollen zudem auch aufzeigen, wie der Informationsaustausch zwischen Schloss und Schlüssel genau erfolgt.

Kontakt:
Dr. des. Juan Miguel Escobar
Institut für Pflanzenbiologie
Universität Zürich
Ueli Grossniklaus Group
Tel. +41 (0)44 634 82 53

Beat Müller | idw
Weitere Informationen:
http://www.sciencemag.org
http://www.uzh.ch/

Weitere Berichte zu: Embryosack Pollen Pollenschlauch Spermien Synergid-Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie