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 Magische kolloidale Cluster
11.12.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Kupferverbindung als Recheneinheit in Quantencomputern
11.12.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

Von „Frequenzkämmen“ spricht man bei speziellem Laserlicht, das sich optimal für chemische Sensoren eignet. Eine revolutionäre Technik der TU Wien erzeugt dieses Licht nun viel einfacher und robuster als bisher.

Ein gewöhnlicher Laser hat genau eine Farbe. Alle Photonen, die er abstrahlt, haben genau dieselbe Wellenlänge. Es gibt allerdings auch Laser, deren Licht...

Im Focus: Topological material switched off and on for the first time

Key advance for future topological transistors

Over the last decade, there has been much excitement about the discovery, recognised by the Nobel Prize in Physics only two years ago, that there are two types...

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

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

Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

11.12.2018 | Physik Astronomie

Besser Bohren – Neues Nanokomposit stabilisiert Bohrflüssigkeiten

11.12.2018 | Geowissenschaften

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

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