ETH Forscher bringen Blätter in Form

Protein kontrolliert die Blattform

Ein Forscherteam der ETH Zürich hat in Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern aus Polen und England wichtige Erkenntnisse über die Frage der Blattentwicklung in Pflanzen gewonnen. Das Eiweiß Expansin spielt dabei eine wichtige Rolle.

Eine Gruppe von Forschenden des Instituts für Pflanzenwissenschaften der ETH sowie der Universität Gdansk/Polen und der University of York/England zeigte in einer Studie, dass das Eiweiß Expansin die Blattbildung in einer Pflanze auslösen und die Bildung der Blattformen beeinflussen kann. Bereits seit einiger Zeit ist bekannt, dass das Protein die Dehnbarkeit der Zellwand moduliert. Ziel der Untersuchungen der Gruppe um Dr. Andrew Fleming war es zu zeigen, welche spezifische Aufgabe das Eiweiß bei der Blattentwicklung übernimmt.

Künstliche Aktivierung

Die Forschergruppe führte ihre Experimente an Tabakpflanzen durch. In diese wurde ein zusätzliches Expansin-Gen eingeschleust, das durch die Beigabe des Antibiotikums Tetracyclin aktiviert werden konnte. Ein System mit Antibiotikum als Auslöser eignet sich als Versuchssystem am besten, weil es am robustesten ist, erklärt Fleming. Tetracyclin wurde als Paste auf die präparierten Pflanzen aufgetragen. Die Forschenden beschränkten sich dabei auf zwei Orte innerhalb der Pflanze, um den Expansineffekt in den Tabaksetzlingen zu untersuchen: die Flanke frisch gesprossener Blätter und eine Stelle im Bildungsgewebe, an der natürlicherweise das nächste Blatt entsteht.

Blattabfolge modifiziert

Die Provokation war erfolgreich: es entstanden neue Blätter am „falschen“ Ort. Die Struktur und Morphologie der künstlich hervorgerufenen Blätter zeigten keine Unterschiede zu normalen Blättern. Diese künstliche Blattbildung hatte zudem zur Folge, dass die gesamte nachfolgende Blattanordnung umgekehrt wurde. Sprossen bei einer Tabakpflanze die Blätter nacheinander im Gegenuhrzeigersinn, so entstanden die Blätter, die auf das künstlich hervorgerufene Blatt folgten, im Uhrzeigersinn.

Die Flanken junger Blätter, die mit der Expansinpaste behandelt worden waren, reagierten zudem mit einem verstärkten lokalen Wachstum. Die so entstandenen Auswüchse befanden sich jeweils nur auf der Seite, auf welcher induziert worden war. Die Gegenseite wies eine normale Morphologie auf.

Dehnbarkeit als Schlüsselfaktor

Die Resultate lassen zusammen mit der bereits bekannten Funktion des Expansins die Dehnbarkeit einer Zellwand als Schlüsselfaktor für die Formgebung erscheinen. Dies widerspricht der traditionellen Sicht, dass zuerst Zellteilungen und erst danach Zellvergrößerungen die Blattausformung bestimmen. Diese Ansicht wurde gemäß Fleming auch durch Experimente in Frage gestellt, die zeigten, dass durch künstlich herbeigeführte Zellteilung keine größeren Formveränderungen eintreten.

Die gezielte Vergrößerung von Pflanzenteilen dürfte im Bereich der Nutzpflanzenzüchtung auf grosses Interesse stoßen. Denkbar wäre zum Beispiel, durch klassische Züchtung oder biotechnologische Methoden die Expansin – Konzentration zu verändern und damit eine erhöhte Wachstumsrate und eine größere Anzahl Blätter zu ermöglichen.

Die Erkenntnisse des Forscherteams wurden kürzlich in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht