Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Algen haben Gene fürs Landleben

13.07.2018

Das Erbgut der Armleuchteralge Chara braunii ist entschlüsselt. Es enthält bereits die ersten genetischen Merkmale, die den Wasserpflanzen später den evolutionären Übergang zum Landleben ermöglichten.

Vor 500 Millionen Jahren verließen die ersten Pflanzen das Wasser und besiedelten das Land. Die genetischen Anpassungen, die mit diesem Wechsel verbunden sind, lassen sich schon im Erbgut der Süßwasseralge Chara braunii erkennen. Das berichtet ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Marburger Biologen Professor Stefan Rensing im Fachblatt Cell.


Die Alge Chara nutzt elektrische Potentiale, um in ihrem Körper Signale über längere Strecken (mehrere Zentimeter) weiterzuleiten. Welche Ionenkanäle daran beteiligt sind, ist noch unbekannt.

Bild: Nora Stingl, Rob Roelfsema, Anna Alova

Zu diesem Team gehören die Pflanzenwissenschaftler Rainer Hedrich und Dirk Becker von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). „In den Genen der Alge Chara sind schon zahlreiche evolutionäre Innovationen angelegt, die bislang ausschließlich den Landpflanzen zugeschrieben wurden“, erklärt Professor Hedrich, Inhaber des JMU-Lehrstuhls für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik.

Eine Innovation ist das Stresshormon Abscisinsäure (ABA). Es sorgt dafür, dass Landpflanzen bei Trockenheit auf einen Wassersparmodus umschalten. Bei Wasserpflanzen ist diese Regulation überflüssig. Trotzdem seien in den Genen von Chara die frühen Syntheseschritte für ABA schon angelegt, so Hedrich. Von den passenden Hormonrezeptoren dagegen finde sich keine Spur.

Spezifische Kalium-Transporter fehlen

Chara gehört zu den höher entwickelten Algen und ähnelt im Aussehen einer Landpflanze. Unter anderem besitzt sie wurzelähnliche Strukturen, mit denen sie sich am Grund von Gewässern verankert. Anders als bei den Landpflanzen, spielen diese „Wurzeln“ für die Aufnahme von Nährstoffen aber keine Rolle – schließlich ist die Alge im Wasser dauernd von Kalium und anderen Nährsalzen umflutet. So kann sie die wichtigen Stoffe praktisch mit jeder Zelle ihres Körpers aufnehmen.

„Die meisten Gene, die auch bei Landpflanzen für die Aufnahme und Verteilung von Nährstoffen wichtig sind, finden wir auch im Erbgut von Chara vertreten“, sagt Professor Dirk Becker. Wurzelspezifische Transporter für Kalium, wie bei Landpflanzen, seien in der Alge aber bislang nicht nachgewiesen worden: „Das könnte bedeuten, dass Kalium im Wasser leichter verfügbar ist als im Boden.“

Algenzellen leiten elektrische Signale weiter

Neben einer Art Wurzel hat die Alge auch einen sprossähnlichen Wuchs mit knotigen Verdickungen, an denen blattartige Gebilde sitzen. Die Abstände zwischen den Knoten können bis zu 20 Zentimeter lang sein – und sie warten mit einer Besonderheit auf: Die Zellen in diesem Bereich geben elektrische Signale ab und leiten sie in der Alge weiter.

„Chara wird darum seit den 1950er-Jahren als Modell verwendet, um die elektrische Erregbarkeit von Pflanzenzellen zu erforschen“, sagt Hedrich. „Man nennt die Alge auch ‚grünes Axon‘, weil ihre Zellen nach einer Stimulation durch Licht oder Berührungen Aktionspotentiale abfeuern.“ Axone sind bei tierischen und menschlichen Nervenzellen die Fortsätze, die elektrische Signale weiterleiten.

Mit Hilfe des entschlüsselten Genoms von Chara will Hedrichs Team jetzt untersuchen, welche Ionenkanäle bei der Alge für die Aktionspotentiale verantwortlich sind. Bei Landpflanzen sind Glutamat-Rezeptor-Kanäle maßgeblich an der Übertragung elektrischer Signale über längere Strecken beteiligt. Im Genom von Chara finden sich diese Rezeptoren aber nicht. Der evolutionäre Ursprung der elektrischen Erregbarkeit bei Pflanzen stellt die Wissenschaft also noch vor einige Rätsel.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften der Universität Würzburg, T +49 931 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Originalpublikation:

Tomoaki Nishiyama, Hidetoshi Sakayama & al.: The Chara genome: secondary complexity and implications for plant terrestrialization, Cell 12. July 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.033

Marco Bosch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen
20.07.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Erwiesen: Mücken können tropisches Chikungunya-Virus auch bei niedrigen Temperaturen verbreiten
20.07.2018 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

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: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

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

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

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