Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen das Muster für ein neues Blatt anlegen

27.10.2017

Forscherin der Universität Tübingen untersucht die Rolle von kleinen RNAs bei der Kommunikation der Zellen untereinander

Wenn sich ein vielzelliges Lebewesen entwickelt, muss jede Zelle ihre Position im wachsenden Organismus im Verhältnis zu den anderen kennen. Die Zellen müssen also ständig miteinander kommunizieren. Sie spezialisieren sich in unterschiedlicher Weise, so bildet sich ein Muster, aus dem Form oder Gestalt von Geweben und Organen hervorgehen.


Schaumkresse (Arabidopsis). Foto: Gunther Willinger/Universität Tübingen


Die Pflanzengenetikerin Marja Timmermans im Gewächshaus mit Arabidopsis-Pflanzen. Foto: Gunther Willinger/Universität Tübingen

Bei Tieren ist schon viel über die beweglichen Signale und Mechanismen bekannt, die diese Musterbildung steuern. Bei Pflanzen ist das anders, denn die vielzelligen Pflanzen haben sich in der Evolution unabhängig von den vielzelligen Tieren entwickelt. Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen hat gemeinsam mit Kollegen vom Cold Spring Harbor Laboratory in New York entdeckt, dass die Zellkommunikation bei der Musterbildung von Pflanzen auch über einen bisher unbekannten Mechanismus läuft.

Dabei bilden sogenannte kleine RNAs wichtige bewegliche Signale und Steuer¬elemente. Kleine RNAs waren in der Pflanzenforschung bisher vor allem durch ihre Rolle bei Abwehrmechanismen gegen Fressfeinde oder Krankheitserreger bekannt. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

„In Tübingen hat die Forschung über Musterbildung bei Vielzellern eine lange Tradition“, hebt Marja Timmermans hervor. „In den frühen 1970er Jahren erforschten die Professoren Hans Meinhardt und Alfred Gierer, am damaligen Max-Planck-Institut für Virusforschung grundlegende Prinzipien zur Musterbildung in Zellpopulationen. Professorin Christiane Nüsslein-Volhard, Direktorin am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, erhielt 1995 den Nobelpreis für ihre Arbeiten zur genetischen Kontrolle der Musterbildung im Ei der Fruchtfliege Drosophila.

Bei tierischen Vielzellern läuft die Zellkommunikation und Musterbildung vielfach über bewegliche Signalstoffe, die ein Konzentrationsgefälle bilden. Je nach Konzentration, häufig abhängig von einem Schwellenwert, spezialisieren sich die Zellen für unterschiedliche Aufgaben. Diesen Mechanismus, so konnte nun gezeigt werden, gibt es auch bei Pflanzen, allerdings sind dort andere Signalstoffe im Einsatz.

Anders als bei Tieren können die Zellen einer Pflanze über Plasmabrücken verbunden sein, über die sich Regulationsfaktoren durch das ganze System bewegen und so zur Bildung von Mustern beitragen. Marja Timmermans und ihre Kollegen sind Hinweisen nachgegangen, dass außerdem kleine RNAs an der Musterbildung beteiligt sein könnten.

Kleine RNAs sind kurze Ketten, die passgenaue Gegenstücke zu bestimmten Regulierungsbereichen der Erbinformation in der DNA oder RNA bilden. Sie können sich anlagern und so die Ablesung jeweils bestimmter Gene verhindern. Die kleinen RNAs ermöglichen eine sehr feine Regulierung der Proteinproduktion und somit auch der Entwicklungsvorgänge in den Zellen.

Leistungsfähiger Mechanismus zur Weitergabe von Positionsinformationen

An einer Modellpflanze der Genetik, der Schaumkresse mit dem lateinischen Namen Arabidopsis, hat das Forscherteam untersucht, welche Rolle die kleinen RNAs bei der Anlage und Entwicklung eines neuen Blatts haben. Dabei veränderten die Forscher unter anderem durch künstliche kleine RNAs die Konzentration dieser Steuerungselemente und beobachteten, wie die Zellen des wachsenden Blatts reagierten.

„Überraschend war, dass die kleinen RNAs ein stabiles Entwicklungsmuster hervorbringen können“, sagt Marja Timmermans. Ähnlich wie die beweglichen Signalstoffe bei Tieren bilden die kleinen RNAs ein Konzentrationsgefälle aus. „Anders als klassische Entwicklungssignale arbeiten die kleinen RNAs mit hoher Spezifizität, und sie können direkt in die Genaktivität eingreifen“, sagt die Wissenschaftlerin.

Die kleinen RNAs könnten daher auch ohne Rückkoppelungsschleifen die Aktivität bestimmter Gene ortsabhängig mit scharfen Grenzen regeln. „Bewegliche kleine RNAs bieten einen leistungsfähigen und direkten Mechanismus zur Weitergabe von Positionsinformationen. Sie können präzise Entwicklungsmuster ausbilden“, sagt die Wissenschaftlerin zusammenfassend.

Publikation:
Damianos S. Skopelitis, Anna H. Benkovics, Aman Husbands, and Marja C. P. Timmermans: Boundary Formation Through a Direct Threshold-Based Readout of Mobile Small RNA Gradients. Developmental Cell, Online-Vorabveröffentlichung am 26. Oktober 2017.

Kontakt:
Prof. Dr. Marja Timmermans
Alexander von Humboldt-Professur
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP)
Telefon +49 7071 29-78099
marja.timmermans[at]zmbp.uni-tuebingen.de

Antje Karbe | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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