Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blütenentwicklung in 3D: Es kommt aufs Timing an

14.07.2014

Entwicklungsprozesse bei Mensch, Tier und Pflanze werden von Genen gesteuert. Gleichzeitig unterliegen lebendige Organismen einem permanenten Stoffwechsel.

Der Systembiologe Wolfram Weckwerth und sein Team haben diese Wechselwirkung von Stoffwechsel und Entwicklungsprozessen bei Blütenpflanzen (Angiospermen) untersucht – diese 300.000 Arten umfassende Pflanzengruppe ist eine der wichtigsten, da sie einerseits in Form von Obst, Gemüse und Getreide die Grundlage unserer Ernährung bildet und andererseits auch maßgeblich zur Vielfalt von Ökosystemen beiträgt. In seiner Studie verknüpft er erstmals die Änderungen des Stoffwechsels mit genauen computertomographischen Daten der Blütenentwicklung.


Blütenstand von Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand).

Wolfram Weckwerth


3D-Bild einer vollentwickelten Blüte von Arabidopsis thaliana aufgenommen mit einem Micro-Computertomographen.

Wolfram Weckwerth

In enger Kooperation mit Jürg Schönenberger und Yannick Städler vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien hielten die ForscherInnen die Blütenentwicklung von Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) von der Blühinduktion bis hin zur Bildung von reifen Samen mittels eines Computer-Tomographen in 3D-Bildern fest. Von den gleichen Proben wurden Stoffwechselprofile mittels Massenspektrometrie gemessen.

"So konnten wir kleinste Veränderungen der einzelnen Blütenorgane direkt mit den entsprechenden Stoffwechselaktivitäten vergleichen. Wir sahen signifikante Unterschiede des Stoffwechsels in den unterschiedlichen Phasen der Blütenentwicklung und insbesondere während der Entwicklung einzelner Organe der Blüte", erklärt Wolfram Weckwerth, Leiter des Departments für Ökogenomik und Systembiologie. Ausgeprägte Phasen unterschiedlicher Stoffwechselaktivitäten geben einen Hinweis darauf, wie Stoffwechsel und Entwicklungsprozesse interagieren können. Die Integration von kompletten Stoffwechsel-Profilen und dreidimensionalen tomographischen Daten ist in dieser Form zum ersten Mal durchgeführt worden und eröffnet ein neues Forschungsfeld für entwicklungsbiologische, anatomische und metabolische Studien.

Entwicklung, Sex und Stoffwechsel
Die Blütenentwicklung findet ihre Vollendung in der Vereinigung von Eizelle und Spermium. Die Eizellen befinden sich stationär in den Samenanlagen des Fruchtknotens, während die Spermien mobil sind und vom Pollen mitgebracht werden. Bei der Befruchtung wandern sie durch auswachsende Pollenschläuche zu den Eizellen. Bei erfolgreicher Vereinigung entwickelt sich ein kleiner Embryo, der in jedem Samenkorn enthalten ist.

Ob eine Befruchtung erfolgreich ist, hängt vom richtigen Timing des Stoffwechsels ab, da dieser die Energie- und Biomasseressourcen für die Entwicklungsprozesse bereitstellt. Die Stoffwechselaktivitäten der einzelnen Entwicklungsphasen unterscheiden sich dabei dramatisch: War am Anfang vor allem eine hohe Aktivität des Disaccharid- und Aminosäurestoffwechsels zu beobachten, akkumulieren gegen Ende parallel zur Entwicklung der reifen Geschlechtsorgane Monosaccharide, Carbonsäuren und bestimmte Aminosäuren. Der reife Samen schließlich zeigt ein gänzlich anderes Stoffwechselmuster zu den vorhergehenden. "Es entstehen spezifische Stoffwechselsignaturen, die den genauen Ablauf der Organentwicklung der Blüte bis hin zum reifen Samen abbilden", beschreibt Anke Bellaire, Erstautorin der Studie.

In zukünftigen Studien werden nun die Stoffwechselsignaturen der Blütenentwicklung unterschiedlicher Familien der Angiospermen untersucht, um generische Modelle der Interaktion von Stoffwechsel und Entwicklungsprozessen aufzustellen.

Publikation in "New Phytologist":
Anke Bellaire, Till Ischebeck, Yannick Staedler, Isabell Weinhaeuser, Andrea Mair,
Sriram Parameswaran, Toshiro Ito, Jürg Schönenberger and Wolfram Weckwerth:
Metabolism and development – integration of micro computed tomography data and metabolite profiling reveals metabolic reprogramming from floral initiation to silique development.
In: New Phytologist (2014) 202: 322–335
DOI: 10.1111/nph.12631

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Wolfram Weckwerth
Department für Ökogenomik und Systembiologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-765 50
M +43-664-60277-765 50
wolfram.weckwerth@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 15 Fakultäten und vier Zentren arbeiten rund 9.700 MitarbeiterInnen, davon 6.900 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit auch die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 92.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. 1365 gegründet, feiert die Alma Mater Rudolphina Vindobonensis im Jahr 2015 ihr 650-jähriges Gründungsjubiläum. www.univie.ac.at

Alexandra Frey | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: 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....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

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

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten