Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen das Muster für ein neues Blatt anlegen

27.10.2017

Forscherin der Universität Tübingen untersucht die Rolle von kleinen RNAs bei der Kommunikation der Zellen untereinander

Wenn sich ein vielzelliges Lebewesen entwickelt, muss jede Zelle ihre Position im wachsenden Organismus im Verhältnis zu den anderen kennen. Die Zellen müssen also ständig miteinander kommunizieren. Sie spezialisieren sich in unterschiedlicher Weise, so bildet sich ein Muster, aus dem Form oder Gestalt von Geweben und Organen hervorgehen.


Schaumkresse (Arabidopsis). Foto: Gunther Willinger/Universität Tübingen


Die Pflanzengenetikerin Marja Timmermans im Gewächshaus mit Arabidopsis-Pflanzen. Foto: Gunther Willinger/Universität Tübingen

Bei Tieren ist schon viel über die beweglichen Signale und Mechanismen bekannt, die diese Musterbildung steuern. Bei Pflanzen ist das anders, denn die vielzelligen Pflanzen haben sich in der Evolution unabhängig von den vielzelligen Tieren entwickelt. Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen hat gemeinsam mit Kollegen vom Cold Spring Harbor Laboratory in New York entdeckt, dass die Zellkommunikation bei der Musterbildung von Pflanzen auch über einen bisher unbekannten Mechanismus läuft.

Dabei bilden sogenannte kleine RNAs wichtige bewegliche Signale und Steuer¬elemente. Kleine RNAs waren in der Pflanzenforschung bisher vor allem durch ihre Rolle bei Abwehrmechanismen gegen Fressfeinde oder Krankheitserreger bekannt. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

„In Tübingen hat die Forschung über Musterbildung bei Vielzellern eine lange Tradition“, hebt Marja Timmermans hervor. „In den frühen 1970er Jahren erforschten die Professoren Hans Meinhardt und Alfred Gierer, am damaligen Max-Planck-Institut für Virusforschung grundlegende Prinzipien zur Musterbildung in Zellpopulationen. Professorin Christiane Nüsslein-Volhard, Direktorin am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, erhielt 1995 den Nobelpreis für ihre Arbeiten zur genetischen Kontrolle der Musterbildung im Ei der Fruchtfliege Drosophila.

Bei tierischen Vielzellern läuft die Zellkommunikation und Musterbildung vielfach über bewegliche Signalstoffe, die ein Konzentrationsgefälle bilden. Je nach Konzentration, häufig abhängig von einem Schwellenwert, spezialisieren sich die Zellen für unterschiedliche Aufgaben. Diesen Mechanismus, so konnte nun gezeigt werden, gibt es auch bei Pflanzen, allerdings sind dort andere Signalstoffe im Einsatz.

Anders als bei Tieren können die Zellen einer Pflanze über Plasmabrücken verbunden sein, über die sich Regulationsfaktoren durch das ganze System bewegen und so zur Bildung von Mustern beitragen. Marja Timmermans und ihre Kollegen sind Hinweisen nachgegangen, dass außerdem kleine RNAs an der Musterbildung beteiligt sein könnten.

Kleine RNAs sind kurze Ketten, die passgenaue Gegenstücke zu bestimmten Regulierungsbereichen der Erbinformation in der DNA oder RNA bilden. Sie können sich anlagern und so die Ablesung jeweils bestimmter Gene verhindern. Die kleinen RNAs ermöglichen eine sehr feine Regulierung der Proteinproduktion und somit auch der Entwicklungsvorgänge in den Zellen.

Leistungsfähiger Mechanismus zur Weitergabe von Positionsinformationen

An einer Modellpflanze der Genetik, der Schaumkresse mit dem lateinischen Namen Arabidopsis, hat das Forscherteam untersucht, welche Rolle die kleinen RNAs bei der Anlage und Entwicklung eines neuen Blatts haben. Dabei veränderten die Forscher unter anderem durch künstliche kleine RNAs die Konzentration dieser Steuerungselemente und beobachteten, wie die Zellen des wachsenden Blatts reagierten.

„Überraschend war, dass die kleinen RNAs ein stabiles Entwicklungsmuster hervorbringen können“, sagt Marja Timmermans. Ähnlich wie die beweglichen Signalstoffe bei Tieren bilden die kleinen RNAs ein Konzentrationsgefälle aus. „Anders als klassische Entwicklungssignale arbeiten die kleinen RNAs mit hoher Spezifizität, und sie können direkt in die Genaktivität eingreifen“, sagt die Wissenschaftlerin.

Die kleinen RNAs könnten daher auch ohne Rückkoppelungsschleifen die Aktivität bestimmter Gene ortsabhängig mit scharfen Grenzen regeln. „Bewegliche kleine RNAs bieten einen leistungsfähigen und direkten Mechanismus zur Weitergabe von Positionsinformationen. Sie können präzise Entwicklungsmuster ausbilden“, sagt die Wissenschaftlerin zusammenfassend.

Publikation:
Damianos S. Skopelitis, Anna H. Benkovics, Aman Husbands, and Marja C. P. Timmermans: Boundary Formation Through a Direct Threshold-Based Readout of Mobile Small RNA Gradients. Developmental Cell, Online-Vorabveröffentlichung am 26. Oktober 2017.

Kontakt:
Prof. Dr. Marja Timmermans
Alexander von Humboldt-Professur
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP)
Telefon +49 7071 29-78099
marja.timmermans[at]zmbp.uni-tuebingen.de

Antje Karbe | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns
24.04.2018 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Nano-Ampel zeigt Risiko an
24.04.2018 | Universität Duisburg-Essen

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: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Bestrahlungserfolg bei Hirntumoren lässt sich mit kombinierter PET/MRT vorhersagen

24.04.2018 | Medizintechnik

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

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