Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Calcium-Wellen bei der doppelten Befruchtung: Forscher entdecken zelluläre Signale

25.08.2014

Zellbiologen der Universität Regensburg und der Universität Heidelberg, in Kooperationen mit Forschern der Carnegie Institution for Science in Stanford, USA, und der Ludwig-Maximilians-Universität München, ist es jetzt erstmalig gelungen, bei der Modellpflanze „Arabidopsis thaliana“ (Ackerschmalwand) zelluläre Signale in lebenden Samenanlagen während des gesamten Befruchtungsvorgangs aufzuzeichnen.

Sie entdeckten dabei spezifische Muster von Calcium-Wellen, die entstehen, sobald die weiblichen Zellen mit ihren männlichen Partnern in Kontakt kommen. Diese Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen (DOI:10.1038/ncomms5645).

Die doppelte Befruchtung ist ein Hauptmerkmal der Blütenpflanzen, zu denen auch fast alle Nutzpflanzen gehören. Im Gegensatz zu Tieren, aber auch zu niederen Pflanzen wie Moose und Farne, bei denen die Befruchtung über bewegliche Spermien erfolgt, werden die unbeweglichen Spermazellen bei Blütenpflanzen über den Pollenschlauch in die gut geschützten und z. T. tief eingebetteten Samenanlagen transportiert.

Bei Mais z. B. werden hierbei Strecken von bis zu 20 cm zurückgelegt. In der Samenanlage angekommen, platzt der Pollenschlauch und entlässt zwei Spermazellen. Eine Spermazelle befruchtet anschließend die Eizelle, woraus sich der Embryo entwickelt. Eine zweite Spermazelle befruchtet die Zentralzelle, die sich zum Endosperm entwickelt.

Diese beiden Produkte aus der doppelten Befruchtung (Embryo und Endosperm) sind der Hauptbestandteil der Pflanzensamen und damit unserer wichtigsten Grundnahrungsmittel. Das molekulare Verständnis dieser grundlegenden Prozesse ist daher seit vielen Jahren ein zentrales Anliegen in der Pflanzenforschung.

Zellbiologen der Universität Regensburg und der Universität Heidelberg, in Kooperationen mit Forschern der Carnegie Institution for Science in Stanford, USA, und der Ludwig-Maximilians-Universität München, ist es jetzt erstmalig gelungen, bei der Modellpflanze „Arabidopsis thaliana“ (Ackerschmalwand) zelluläre Signale in lebenden Samenanlagen während des gesamten Befruchtungsvorgangs aufzuzeichnen.

Hierzu setzten die Forscher einen neuen Biosensor in Pflanzen ein, der es ermöglicht, Änderungen in der Calcium-Konzentration in den Zellen, die an der doppelten Befruchtung beteiligt sind, im Mikroskop sichtbar zu machen. Sie entdeckten dabei spezifische Muster von Calcium-Wellen, die entstehen, sobald die weiblichen Zellen mit ihren männlichen Partnern in Kontakt kommen. Diese Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen (DOI:10.1038/ncomms5645).

Da die Befruchtungsprozesse bei Blütenpflanzen tief eingebettet in den mütterlichen Geweben der Samenanlage stattfinden, ist nur wenig über die zugrundeliegenden Mechanismen der gegenseitigen Erkennung und Fusion männlicher und weiblicher Zellen bekannt. Bei Tieren wird Calcium als sogenanntem Signalmolekül eine ganz zentrale Rolle bei der intrazellulären Weiterleitung von Informationen, wie beispielsweise die Erkennung der Keimzellen beider Geschlechtspartner, zugeschrieben.

Durch die Kombination zahlreicher Neuentwicklungen im Bereich der Fluoreszenzmikroskopie und der Etablierung hypersensitiver Biosensoren sowie der Entdeckung von Genregulationselementen aller an der Befruchtung beteiligten Zellen und schließlich der Möglichkeit, die Befruchtungsvorgänge auch bei Pflanzen isoliert aus den weiblichen Sexualorganen durchzuführen, ist es jetzt gelungen, nicht nur den gesamten Befruchtungsvorgang in Echtzeit in lebenden Zellen zu beobachten, sondern darüber hinaus am Beispiel Calcium die Verteilung und die Bedeutung dieses wichtigen Moleküls zu untersuchen.

Hierbei konnten die Forscher u. a. zeigen, dass oszillierende Calcium-Wellen beim Kontakt zwischen Pollenschlauch und Eiapparat entstehen und eine zentrale Rolle beim Platzen des Pollenschlauchs spielen. Eine erste Calcium-Welle entsteht in der Ei- und Zentralzelle bei der Spermazellfreisetzung und führt vermutlich zur Aktivierung beider Zellen, während eine weitere, länger anhaltende Calcium-Welle die Fusion der Keimzellen und damit die erfolgreiche Befruchtung der Eizelle markiert.

Welche molekularen Prozesse jeweils durch die Calcium-Wellen ausgelöst werden, muss in weiteren Arbeiten untersucht werden. Diese Studie zeigt jedoch bereits eine zentrale Rolle von Calcium auch bei der Befruchtung von Blütenpflanzen an, wobei die Muster der Calcium-Signale für jeden beteiligten Zelltyp spezifisch sind. Die in dieser Studie etablierte Methodik kann jetzt in zahlreichen weiteren Untersuchungen genutzt werden, um nicht nur die Rolle von Calcium näher zu untersuchen, sondern auch die Funktionen zahlreicher weiterer Moleküle und Gene bei der doppelten Befruchtung aufzuklären.

Titel der Originalpublikation:
P. Denninger, A. Bleckmann, A. Lausser, F. Vogler, T. Ott, D. Ehrhardt, W.B. Frommer, S. Sprunck, T. Dresselhaus, G. Grossmann (2014) Male-female communication triggers calcium signatures during fertilization in Arabidopsis. „Nature Communications“. 5, 4645. DOI:10.1038/ncomms5645.

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Thomas Dresselhaus
Universität Regensburg
Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie
Tel.: 0941-943-3016
E-Mail: thomas.dresselhaus@ur.de

Dr. Guido Grossmann
Universität Heidelberg
Centre for Organismal Studies / Exzellenzcluster CellNetworks
Tel.: 06221-545612
E-Mail: guido.grossmann@cos.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/2014/140822/ncomms5645/pdf/ncomms5645.pdf - die Publkation im Internet

Alexander Schlaak | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer
22.08.2017 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | 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: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen