Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Embryos: Das tierische Geheimnis der Pflanzen

06.09.2012
Hallesche Forscher mit "Nature"-Publikation

Für Wirbeltiere und somit auch für Menschen gilt: Ihre Embryonen sind in einer bestimmten Entwicklungsphase kaum zu unterscheiden. Vorher und nachher sind die Unterschiede zwischen den Arten hingegen groß.

Daher spricht man vom Sanduhr-Prinzip der embryonalen Entwicklung. Dieses Prinzip haben Wissenschaftler des Leibniz-Institutes für Pflanzenbiochemie (IPB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) nun auch für Pflanzen nachgewiesen. Es handelt sich um ein gemeinsames molekulares Phänomen. Eine Erkenntnis, die einen Beitrag zum Verständnis der Entstehung von Biodiversität leisten kann. Die Forschungsergebnisse der Hallenser sind nachzulesen im renommierten Magazin „Nature“.

„Befruchtete Eizellen können selbst zwischen nah verwandten Arten sehr unterschiedlich sein, dann werden die sich entwickelnden Embryonen ähnlicher und ähnlicher, bis sie irgendwann fast ununterscheidbar sind. Und dann platzt aus ihnen die Biodiversität hervor, die wir auf unserem Planeten vorfinden." So beschreibt MLU-Bioinformatik-Professor Ivo Große das Sanduhr-Prinzip. „Was da auf molekularer Ebene passiert, wissen wir allerdings erst seit knapp zwei Jahren durch die Arbeiten zweier Gruppen aus Dresden und Plön.
In der Phase der Ähnlichkeit werden die wichtigen Organe angelegt, weswegen aktive Gene in dieser Phase besonders anfällig für Mutationen und damit eventuelle Missbildungen sind. Im Embryo wird das kompensiert durch die Aktivierung von evolutionär alten Genen, die zwischen Arten hochkonserviert sind. Die Embryonen gleichen sich demzufolge eine Zeit lang in Form und Struktur."

Ivo Großes langjähriger Kooperationspartner Dr. Marcel Quint, Biologe am IPB, hatte die Idee, das Ganze auch bei Pflanzen zu untersuchen. „Die Evolution hat zweimal unabhängig voneinander Embryogenese entwickelt", sagt Quint. „Das Ziel ist jeweils das gleiche: die Koordination der Entwicklung von der Eizelle bis hin zum komplexen Organismus. Aber die Grundvoraussetzungen sind unterschiedlich. Pflanzenzellen haben zum Beispiel Zellwände, tierische Zellen nicht. Wir fragten uns: Gibt es dennoch Gemeinsamkeiten? Muster, die für Tiere und Pflanzen essentiell sind, damit ein Individuum durch die Embryogenese kommt?"

Die Antwort lautet ganz klar: Ja. Große und Quint haben gemeinsam mit zwei Doktoranden und zwei Bachelor-Studenten den molekularen Beweis erbracht, anhand von Gensequenzen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Durch Sequenzvergleiche konnten sie jedem der rund 28.000 Gene dieser Modellpflanze ein evolutionäres Alter zuweisen. Und im vergangenen Frühjahr wurden Daten verfügbar, die die Aktivität aller Gene in den verschiedenen Stadien der Embryogenese beschreiben. Eine echte Herausforderung für die Bioinformatiker der MLU: Mehr als 200 Milliarden Sequenzvergleiche waren nötig, um die entscheidenden Zusammenhänge nachweisen zu können.

Nun steht also fest: Tierische und pflanzliche Embryonen müssen, wenn ihr jeweiliger Bauplan angelegt wird, durch ein und dasselbe Nadelöhr schlüpfen - und sie tun das auf ein und dieselbe Art und Weise. Wie es dazu kommt, bleibt vorerst das gemeinsame Geheimnis von Tieren und Pflanzen. „Das ist unsere Herausforderung für die Zukunft: den Mechanismus zu entschlüsseln, der dafür sorgt, dass in der entscheidenden Phase die jungen Gene weitgehend abgeschaltet und die alten aktiv sind", erklärt Marcel Quint. „Wobei uns klar ist, dass sich viele Wissenschaftlicher weltweit dieser Herausforderung stellen werden", ergänzt Ivo Große. „Nicht nur Entwicklungsbiologen werden das Geheimnis lüften wollen. Auch für Wissenschaftler, die die Entstehung von Biodiversität erforschen, damit wir Menschen sie besser schützen können, ist das ein heißes Thema."

Veröffentlichung in „Nature"
(zunächst online unter http://www.nature.com/nature ab Mittwoch, 5. September 2012, 19 Uhr; Print-Veröffentlichung folgt)
"A transcriptomic hourglass in plant embryogenesis"
Autoren: Dr. Marcel Quint und Prof. Dr. Ivo Große sowie Markus Bönn, Hajk-Georg Drost, Alexander Gabel und Kristian Ullrich

DOI: 10.1038/nature11394

Ansprechpartner:
Dr. Marcel Quint
Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Telefon: 0345 55821230
E-Mail: mquint@ipb-halle.de

Prof. Dr. Ivo Große
Institut für Informatik, Arbeitsgruppe Bioinformatik
Telefon: 0345 5524774
E-Mail: ivo.grosse@informatik.uni-halle.de

Carsten Heckmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipb-halle.de
http://quintlab.openwetware.org
http://www.informatik.uni-halle.de/arbeitsgruppen/bioinformatik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: 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...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise