Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenblüte ist eine Frage des Timings

26.09.2013
Eine zu frühe oder zu späte Blüte kann für Pflanzen schwerwiegende Folgen haben: Sie kann die Ausbeute an Samen erheblich verringern und gefährdet so den reproduktiven Erfolg einer ganzen Saison.

Um den idealen Blühzeitpunkt nicht zu verpassen, verfügen Pflanzen daher über ein umfangreiches genetisches Kontrollsystem, an dem mehrere Dutzend Erbanlagen beteiligt sind. Unter der Leitung von Markus Schmid, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, hat ein Forscherteam nun zwei Schlüsselgene in diesem Netzwerk genauer untersucht, die den Einfluss der Temperatur auf den Blühzeitpunkt vermitteln.


Die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana reguliert ihre Blüte je nach Temperatur: links: 27 Grad, Mitte: 23 Grad, rechts: 16 Grad.

© MPI für Entwicklungsbiologie/Schmid


Arabidopsis blüht bei unterschiedlichen Temperaturen zu unterschiedlichen Zeiten (links: 16 Grad, rechts: 23 Grad).

© MPI für Entwicklungsbiologie/Schmid

Viele der Gene, die an der Kontrolle des Blühzeitpunkts beteiligt sind, waren den Tübinger Forschern und ihren Kollegen um Prof. Richard Immink von Plant Research International in den Niederlanden bereits aus früheren Studien an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana bekannt. "Das genetische Netzwerk integriert innere Faktoren wie den Hormonstatus der Pflanze ebenso wie äußere Faktoren, etwa die Tageslänge oder die Temperatur", erläutert Projektleiter Schmid. Über welche molekularen Mechanismen die Umgebungstemperatur auf die Blütenbildung einwirkt, sei allerdings noch weitgehend unerforscht. Gemeinsam mit seinem Team richtete er seine Aufmerksamkeit daher auf zwei Erbanlagen - FLM (FLOWERING LOCUS M) und SVP (SHORT VEGETATIVE PHASE) - denen frühe Studien bereits eine Schlüsselrolle bei der temperaturabhängigen Kontrolle des Blühzeitpunkts zugeschrieben hatten.

Wie diese Versuche gezeigt haben, ist dabei der Vorgang des alternativen Spleißens von entscheidender Bedeutung. Er ermöglicht es der Pflanze, aus einem Gen mehrere unterschiedliche Protein-Varianten herzustellen. Dabei wird zunächst wie gewohnt eine mRNA-Abschrift des Gens angefertigt. Diese prä-mRNA wird jedoch nicht direkt in ein Protein übersetzt, sondern zunächst zurechtgeschnitten - ein Vorgang, den Genetiker als Spleißen bezeichnen. Beim alternativen Spleißen kann dies auf unterschiedliche Weise geschehen, so dass verschiedene reife mRNAs und letztlich unterschiedliche Proteine entstehen.

Beim FLM-Gen von Arabidopsis treten hauptsächlich zwei Spleißvarianten auf, die als FLM-β und FLM-δ bezeichnet werden. Wie die Tübinger Forscher berichten, entsteht bei niedrigen Temperaturen vor allem FLM-β. Bei steigenden Temperaturen geht dieser Anteil immer mehr zugunsten von FLM-δ zurück. "Die Umstellung erfolgt recht rasch", berichtet David Posé, Erstautor der aktuellen Studie. "Bei einer Erwärmung von 16°C auf 27°C passt sich das Verhältnis binnen 24 Stunden an."

Wie Schmid und seine Kollegen in aufwändigen Bindungsstudien herausgefunden haben, schließen sich FLM-β und SVP zu einem Proteinkomplex zusammen, der sich effektiv an viele Stellen der DNA anlagert. Dabei handelt es sich oftmals um regulatorische Bereiche von Genen, die an der Regulation des Blühzeitpunkts und der Blütenbildung beteiligt sind. "Der SVP–FLM-β-Komplex wirkt wie ein Repressor, der das Blühen unterdrückt", erläutert Richard Immink, der sich auf die Physiologie der Blühinduktion spezialisiert hat. Ein Komplex aus SVP und dem "Wärmeindikator" FLM-δ dagegen ist kaum in der Lage, sich an DNA anzulagern und dort regulatorisch zu wirken. In der Folge werden die blütenbildenden Gene aktiv.

"Die Pflanzen haben damit einen sehr effizienten und eleganten Regulationsmechanismus gefunden", zeigt Projektleiter Schmid sich beeindruckt. Anstatt sich zwei Gene zu leisten, von denen eines die Blütenbildung fördert und das andere sie unterdrückt, sind diese gegensätzlichen Funktionen in einem Gen vereinigt. Daraus ergibt sich eine doppelte Regulation: Mit steigender Temperatur wird der "Blütenblocker" FLM-β nicht nur seltener hergestellt - er muss zusätzlich mit seinem eigenen Schwesterprotein um die SVP-Bindung konkurrieren.

Verschiedene Arabidopsis-Stämme blühen zum Teil zu recht unterschiedlichen Zeitpunkten, und ein Teil dieses Unterschieds beruht auf der natürlichen Variation des FLM-Gens. Diese Variation hilft den Pflanzen vermutlich, mit wechselnden Wachstumsbedingungen in ganz unterschiedlichen Habitaten zurechtzukommen. In ähnlicher Weise könnte sie es ihnen auch ermöglichen, sich an die schleichende Erwärmung im Zuge des Klimawandels anzupassen. Für Schmid und seine Kollegen steht es außer Frage, dass der neu entdeckte Mechanismus hierbei von großer Bedeutung sein wird - insbesondere für Pflanzen, die nicht nach Norden oder in kühlere Habitate ausweichen können. "Welche Rolle das temperatur-abhängige alternative Spleißen bei dieser Anpassung spielt, sollte in jedem Fall genauer untersucht werden", resümieren die Wissenschaftler.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Markus Schmid
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen
Telefon: +49 7071 601-1411
E-Mail: Markus.Schmid@­tuebingen.mpg.de
Nadja Winter
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen
Telefon: +49 7071 601-444
Fax: +49 7071 601-359
E-Mail: presse-eb@­tuebingen.mpg.de
Originalpublikation
David Posé et al.
Temperature-dependent regulation of flowering by antagonistic FLM variants
Nature, 26 September 2013 (doi:10.1038/nature12633)

Nadja Winter | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7529329/bluehzeitpunkt_arabidopsis
http://www.weigelworld.org/research/projects/floweringtimes

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland 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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie