Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Calcium steuert auch Entwicklungsprozesse

15.01.2013
Bisher wurden Calcium-gesteuerte Prozesse in Pflanzen hauptsächlich als Reaktion auf sich kurzfristig verändernde Umweltbedingungen beobachtet. Dass Calcium auch gewöhnliche Entwicklungsprozesse der Pflanze reguliert, konnten Wissenschaftler der Freien Universität Berlin kürzlich zeigen.
In einer sich ständig verändernden Umgebung müssen sich Pflanzen kurz- und langfristig an ihre Umwelt anpassen, um überleben zu können. Die Signalübertragungsprozesse, die Umweltreize in eine kurzfristige Reaktion der Pflanze umwandeln, sind oft über Calcium gesteuert. Ändert sich der intrazelluläre Calcium-Spiegel, kommt eine Signalkaskade in Gange, bei der es zu schnellen Veränderungen in der Proteinphosphorylierung, in der Genexpression oder in der Stoffzusammensetzung im Zellinneren kommt.

Regulator schneller Signalübertragungen

Calcium-abhängige Proteinkinasen sind Enzyme, die nur bei Pflanzen und Protisten vorkommen. In Arabidopsis thaliana wurden bisher 34 verschiedene Calcium-abhängige Proteinkinasen (CPKs) identifiziert. Mitglieder dieser Familie können sowohl positive als auch negative Regulatoren von schnellen Ca-abhängigen Signalübertragungen, wie beispielsweise Schließung der Stomata oder der Aktivierung der pflanzlichen Immunabwehr gegen Pathogene sein. Auch bei langanhaltenden Adaptationen nach abiotischem Stress scheinen CPKs beteiligt zu sein. Bisher war allerdings nur wenig darüber bekannt, was CPKs zu den Entwicklungsprozessen der Pflanze beitragen und wie sie möglicherweise mit den wachstumsregulierenden Phytohormonen interagieren.

Übergang der vegetativen in die reproduktive Phase

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin untersuchten nun die Rolle einer dieser Proteinkinasen mit Namen CPK28. Sie konnten zeigen, dass CPK28 maßgeblich an der Steuerung des Übergangs der vegetativen in die reproduktive Phase, in der die Pflanze Blüten zur Erzeugung von Samen ausbildet, beteiligt ist. Dazu benutzten sie mutierte Arabidopsis-Pflanzen, welche die Funktion des CPK28 Proteins verloren hatten. Diese Pflanzen waren nach dem Übergang von der vegetativen in die reproduktive Phase in ihrem Wachstum gestört. „Bevor die CPK28-Mutante Blüten zur Vermehrung ausbildet, ist sie von Wildtyppflanzen nicht zu unterscheiden“, so Susanne Matschi, Doktorandin bei Prof. Dr. Tina Romeis, Dahlem Centre of Plant Sciences, am Institut für Biologie der Freien Universität Berlin.

Verkürzte Stängel

Beim Übergang in die reproduktive Phase bilden CPK28-Mutanten deformierte Blätter und extrem verkürzte Stängel mit Anomalien im Leitgewebe aus. In Querschnitten an der Sprossbasis kann im Vergleich zu Wildtyppflanzen eine stark erhöhte Verholzung einzelner Gewebetypen und mehr Dickenwachstum festgestellt werden. Neben dem Längenwachstum ist für Pflanzen auch das Dickenwachstum von entscheidender Bedeutung. Zum einen bietet ein großer Sprossachsenumfang größere Stabilität, zum anderen kann so eine erhöhte Transportkapazität ermöglicht werden.

Weniger Wachstumshormone führen zu Zwergpflanzen

„CPK28-Mutanten zeigen nicht nur ein verstärktes, sekundäres Dickenwachstum, sie können außerdem ihren Spross nicht elongieren (verlängern)“, erklärt Frau Matschi.

Auch auf Genexpressionsebene lassen sich zu diesem Zeitpunkt deutliche Unterschiede zu Wildtyppflanzen nachweisen. So ist beispielsweise die Hormonproduktion in CPK28-Mutanten zum Zeitpunkt der Blüte verändert. Gibberellinsäure ist ein pflanzliches Wachstumshormon, das an Elongationsprozessen beteiligt ist. Die Wissenschaftlergruppe konnte nachweisen, dass Pflanzenlinien, welche im CPK28-Gen mutiert sind, spezifisch im reproduktiven Stadium weniger Gibberellinsäure als Wildtyppflanzen produzieren. „Pflanzen, denen dieses Hormon fehlt, sind Zwergpflanzen“, erklärt Matschi die molekularen Zusammenhänge ihrer Beobachtungen. Dass der sekundäre Botenstoff Calcium mittels Signalweiterleitung über CPKs neben schnellen Signalübertragungen in der Pflanze als Reaktion auf Umweltveränderungen über Hormone auch langfristige Entwicklungsprozesse in der Pflanze steuert, war bisher nicht bekannt.

Gezielte Veränderung der Pflanzenarchitektur

In der 34-köpfigen Familie der CPKs in Arabidopsis hat CPK28 keine verwandten Proteine, die ihre Funktion ersetzen könnten. Das zeigten Matschis Versuche mit CPK28-Mutanten: „Wenn die Funktion von CPK28 durch andere Proteine in der Pflanze ersetzbar wäre, würden wir beim Ausschalten von CPK28 keinen veränderten Phänotyp beobachten“, erklärt sie. So könnte CPK28 ein möglicher Parameter sein, um das Dickenwachstum von Pflanzen und ihren Wurzeln zu modifizieren oder deren Übergang in die reproduktive Wachstumsphase zu verzögern. Dies könnte beispielsweise in der Holz- oder Rübenproduktion von Interesse sein.
Quelle:
Matschi S., et al. (2012): Function of calcium-dependent protein kinase CPK28 of Arabidopsis thaliana in plant stem elongation and vascular development. In: Plant J., 17. Dezember 2012, doi:10.1111/tpj.12090.

Matschi S., et al. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/calcium-steuert-auch-entwicklungsprozesse?piwik_campaign=newsletter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Wie gefährlich ist Reifenabrieb?
19.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Verbreitung von Fischeiern durch Wasservögel – nur ein Mythos?
19.02.2018 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

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

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

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