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 Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt
22.05.2018 | Technische Universität München

nachricht Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen
22.05.2018 | 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: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Save the date: Forum European Neuroscience – 07-11 July 2018 in Berlin, Germany

02.05.2018 | Event News

Invitation to the upcoming "Current Topics in Bioinformatics: Big Data in Genomics and Medicine"

13.04.2018 | Event News

Unique scope of UV LED technologies and applications presented in Berlin: ICULTA-2018

12.04.2018 | Event News

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Latest News

Designer cells: artificial enzyme can activate a gene switch

22.05.2018 | Life Sciences

PR of MCC: Carbon removal from atmosphere unavoidable for 1.5 degree target

22.05.2018 | Earth Sciences

Achema 2018: New camera system monitors distillation and helps save energy

22.05.2018 | Trade Fair News

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics