Wie die Pflanze ihre erste Wurzel bildet

Die Wurzel und andere Grundorgane der ausgewachsenen Pflanze werden bereits im Embryo angelegt. Dafür muss sich schon im winzigen Zellknäuel die Identität der Zellen herausbilden. In der Pflanzenentwicklung hängt die Übernahme bestimmter Aufgaben einer Zelle eng mit den Informationen zusammen, die sie über ihre Position im Zellverband hat.

Die Entwicklungsgenetiker Dr. Alexandra Schlereth, Marika Kientz und Prof. Gerd Jürgens vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen haben an der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) erforscht, wie sich bei der Entwicklung des Embryos das erste Wurzelgewebe herausbildet. Die Forschungsarbeit, die von der Fachzeitschrift Nature am 10. März 2010 vorab online veröffentlicht wurde, entstand in Zusammenarbeit mit Prof. Dolf Weijers (zuvor ebenfalls am ZMBP) und seiner Gruppe an der Universität Wageningen, sowie Dr. Markus Schmid vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Mit der Erforschung solch hochkomplizierter, aber sehr grundlegender Vorgänge in Pflanzen wird die Basis für viele weitere Forschungsarbeiten auch in der anwendungsorientierten Entwicklung geschaffen.

Im Samen der Ackerschmalwand bildet sich der Embryo aus der befruchten Eizelle heraus, die sich zunächst in zwei Tochterzellen teilt. Dabei entsteht beinahe der gesamte Embryo aus einer der beiden Tochterzellen, während die andere ein Verbindungsgewebe hervorbringt, das den Embryo im Nährgewebe verankert. Erst wenn der Embryo zu einem kleinen Zellknäuel herangewachsen ist, wird die an den Embryo angrenzende Zelle des Verbindungsgewebes durch aktivierende Signale vom Embryo dazu gebracht, Teil des Embryos zu werden und das Wurzelgewebe zu gründen. Die Wissenschaftler haben diese Abläufe unter der Leitung von Prof. Gerd Jürgens im Detail untersucht und konnten etliche der Mitspieler im komplizierten Regulierungsgeflecht identifizieren.

Die Ausbildung des Wurzelgewebes hängt zum einen von der Anhäufung des Pflanzenhormons Auxin ab, das verstärkt von dem Steuerungsfaktor Monopteros vom Embryo zur Wurzelgründungszelle gelenkt wird. Doch das reicht nicht aus. Die Forscher folgerten, dass Monopteros gezielt weitere Gene aktivieren muss. Bei einer umfassenden Erhebung aller von Monopteros aktivierten Gene fanden sie vier Gene, die bereits während der Embryonalentwicklung eine Rolle spielen. Zwei davon, TMO5 und TMO7 (TMO = Target of MOnopteros), erwiesen sich in weiteren Tests als notwendig für die Ausbildung des Wurzelgewebes. Das vom TMO7-Gen gebildete Protein muss dazu vom Ort seines Entstehens im Embryo in die Wurzelgründungszelle wandern. Es stellt somit ein bisher noch nicht bekanntes interzelluläres Signal bei der Wurzelbildung des Embryos dar. Die detektivische Suche im Genetiklabor der Pflanzenforscher wird damit nicht beendet sein. Denn TMO7 ist wiederum ein Steuerungsfaktor, der in weitere Regulierungsgeflechte der Pflanzenentwicklung eingebunden ist.

Weitere Informationen:

Die Veröffentlichung: Alexandra Schlereth, Barbara Möller, Weilin Liu, Marika Kientz, Jacky Flipse, Eike H. Rademacher, Markus Schmid, Gerd Jürgens und Dolf Weijers: MONOPTEROS controls embryonic root initiation by regulating a mobile transcription factor. Nature, Online-Publikation vorab am 10. März 2010, doi 10.1038/nature08836.

Prof. Gerd Jürgens
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP)
Entwicklungsgenetik
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