Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellteilung bei Pflanzen: Wie der Bau der Zellwand gesteuert wird

20.02.2019

Pflanzenforscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) liefern neue Einblicke in die Grundlagen der Zellteilung bei Pflanzen. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, die Koordination wichtiger Prozesse zu verstehen, die während der Zellteilung für die korrekte Trennung der Tochterzellen von zentraler Bedeutung sind. In der renommierten Fachzeitschrift "The EMBO Journal" beschreiben sie, welche Aufgaben bestimmte Membranbausteine dabei haben und welche Folgen es für die Pflanze hat, wenn sie gestört sind.

Für ihre Studie untersuchten die Pflanzenforscher die Wurzeln der Ackerschmalwand. Sie züchteten normale Pflanzen und solche, in denen sie bestimmte Enzyme künstlich ausschalteten, die die Zusammensetzung der Membranen beeinflussen.


Durch den Defekt sind in der Pflanze Zellen mit mehreren Zellkernen (rot) entstanden.

Ingo Heilmann (The EMBO Journal)

"Wir wollten so herausfinden, welche Membranbausteine für die Zellteilung wichtig sind und warum", erklärt Prof. Dr. Ingo Heilmann von der MLU.

Damit Pflanzen sich entwickeln können, müssen sich ihre Zellen teilen. Zuerst teilt sich in einer Zelle das Erbgut, das sich im Zellkern befindet. Aus den Erbguthälften bilden sich zwei neue, komplette Zellkerne.

Die weiteren Bestandteile der Zelle, zum Beispiel Chloroplasten und Mitochondrien, werden auf die beiden zukünftigen Tochterzellen aufgeteilt. All das passiert noch in der Mutterzelle. Erst danach beginnt die eigentliche Zellteilung, bei der eine neue Zellwand die Tochterzellen voneinander trennt.

Das Ganze kann man sich wie bei einer Baustelle vorstellen: Zuerst entsteht in der Mitte der Zelle ein vorläufiges Gerüst aus Proteinfasern, der sogenannte Phragmoplast. Diese Proteinfasern dienen wie Eisenbahnschienen als Orientierungshilfe für den Transport der Baumaterialien für die Zellwand.

Kleine Bläschen transportieren entlang der Schienen nach und nach neues Zellwandmaterial, das dann von einer komplexen Fusionsmaschinerie zu einer größeren Struktur verbunden wird.

Die so gebildete "Zellplatte" wächst ausgehend vom Zentrum der Zelle an ihren Rändern immer weiter, bis eine Zellwandscheibe die Tochterzellen schließlich komplett voneinander trennt.

"Damit das Ganze richtig funktioniert, müssen die Proteinfasern immer korrekt mit der Fusionsmaschinerie koordiniert werden, sonst kommen die Güterwagen mit dem Zellwandmaterial am falschen Ort oder zur falschen Zeit zur Baustelle und die Zellplattenbildung stoppt", erklärt Heilmann.

Seine Arbeitsgruppe konnte mit Hilfe biochemischer und zellbiologischer Experimente zeigen, dass PI4P, ein Membranbaustein, während der Zellteilung eine Doppelrolle spielt: PI4P steuert nicht nur die Aktivität der Fusionsmaschinerie, sondern dirigiert auch räumlich den Transport neuen Materials.

Die Forscher können in ihrer Arbeit erstmals zeigen, dass das Protein-Gerüst des Phragmoplasten durch den Einfluss von PI4P an den richtigen Stellen auf- und abgebaut wird. In normalen Pflanzen entstehen so regelmäßige Zellen, die perfekt zueinander passen und der Pflanze auch die nötige Stabilität geben.

Bei den mutierten Pflanzen konnten die Wissenschaftler dagegen starke Zellteilungsdefekte beobachten: Sie fanden vergrößerte Zellen mit mehreren Zellkernen, da die Trennung der Tochterzellen nicht geklappt hat.

Einige Zellen konnten sich nicht komplett teilen, das Zellgewebe war chaotisch aufgebaut und die Größenunterschiede zwischen einzelnen Zellen waren enorm. "So ein Gewebe ist nicht glücklich. Die gesamte Pflanze ist dadurch instabiler, kleinwüchsig und auch in ihrer Anpassung an Umweltreize beeinflusst", so Heilmann weiter.

Die Ergebnisse der halleschen Arbeitsgruppe helfen dabei, die Dynamik des sogenannten Zytoskeletts der Pflanzen aus Proteinfasern besser zu verstehen. Das Zytoskelett gibt nicht nur die Richtung zellulärer Transportprozesse während der Zellteilung vor, sondern dirigiert auch beim generellen pflanzlichen Wachstum.

Deshalb könnten die neuen Erkenntnisse der halleschen Forscher weitreichenden Einfluss haben, zum Beispiel bei der Einlagerung von Zellulose in pflanzliche Zellwände und somit bei der Biomasse- und Zellstoffproduktion. Allerdings muss dafür zunächst geprüft werden, ob sich die Ergebnisse auch auf andere Pflanzen übertragen lassen und wie sich die Aktivität der hier untersuchten Enzyme gezielt steuern lässt.

Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und ein Stipendium des Chinese Scholarship Council finanziert und in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK Gatersleben) durchgeführt.

Hinweis an die Redaktionen:
Zu dieser Pressemitteilung gibt es zusätzliches Bild- und Videomaterial. In der beigefügten ZIP-Datei finden Sie zwei Videos von der Zellteilung in der Ackerschmalwand. Ein Video zeigt den normalen Ablauf der Zellteilung, ein weiteres zeigt den gestörten Vorgang. Zusätzlich enthalten sind Aufnahmen von normalen und ungeordneten Zellen der Ackerschmalwand. Das Material finden Sie hier: https://cloud.uni-halle.de/s/32WD6FMbYR4CHNi

Originalpublikation:

Lin F. et al. A dual role for cell plate-associated PI4Kβ in endocytosis and phragmoplast dynamics during plant somatic cytokinesis. The EMBO Journal (2019). doi: 10.15252/embj.2018100303

Tom Leonhardt | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-halle.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 3D-Landkarten der Genaktivität
20.11.2019 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Einblick in die dunkle Materie des Genoms
20.11.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern

Konventionelle Lichtmikroskope können Strukturen nicht mehr abbilden, wenn diese einen Abstand haben, der kleiner als etwa die Lichtwellenlänge ist. Mit „Super-resolution Microscopy“, entwickelt seit den 80er Jahren, kann man diese Einschränkung jedoch umgehen, indem fluoreszierende Materialien eingesetzt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben nun entdeckt, dass aus Graphen bestehende Nano-Moleküle genutzt werden können, um diese Mikroskopie-Technik zu verbessern. Diese Nano-Moleküle bieten eine Reihe essentieller Vorteile gegenüber den bisher verwendeten Materialien, die die Mikroskopie-Technik noch vielfältiger einsetzbar machen.

Mikroskopie ist eine wichtige Untersuchungsmethode in der Physik, Biologie, Medizin und vielen anderen Wissenschaften. Sie hat jedoch einen Nachteil: Ihre...

Im Focus: Small particles, big effects: How graphene nanoparticles improve the resolution of microscopes

Conventional light microscopes cannot distinguish structures when they are separated by a distance smaller than, roughly, the wavelength of light. Superresolution microscopy, developed since the 1980s, lifts this limitation, using fluorescent moieties. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now discovered that graphene nano-molecules can be used to improve this microscopy technique. These graphene nano-molecules offer a number of substantial advantages over the materials previously used, making superresolution microscopy even more versatile.

Microscopy is an important investigation method, in physics, biology, medicine, and many other sciences. However, it has one disadvantage: its resolution is...

Im Focus: Mit künstlicher Intelligenz zum besseren Holzprodukt

Der Empa-Wissenschaftler Mark Schubert und sein Team nutzen die vielfältigen Möglichkeiten des maschinellen Lernens für holztechnische Anwendungen. Zusammen mit Swiss Wood Solutions entwickelt Schubert eine digitale Holzauswahl- und Verarbeitungsstrategie unter Verwendung künstlicher Intelligenz.

Holz ist ein Naturprodukt und ein Leichtbauwerkstoff mit exzellenten physikalischen Eigenschaften und daher ein ausgezeichnetes Konstruktionsmaterial – etwa...

Im Focus: Eine Fernsteuerung für alles Kleine

Atome, Moleküle oder sogar lebende Zellen lassen sich mit Lichtstrahlen manipulieren. An der TU Wien entwickelte man eine Methode, die solche „optischen Pinzetten“ revolutionieren soll.

Sie erinnern ein bisschen an den „Traktorstrahl“ aus Star Trek: Spezielle Lichtstrahlen werden heute dafür verwendet, Moleküle oder kleine biologische Partikel...

Im Focus: Atome hüpfen nicht gerne Seil

Nanooptische Fallen sind ein vielversprechender Baustein für Quantentechnologien. Forscher aus Österreich und Deutschland haben nun ein wichtiges Hindernis für deren praktischen Einsatz aus dem Weg geräumt. Sie konnten zeigen, dass eine besondere Form von mechanischen Vibrationen gefangene Teilchen in kürzester Zeit aufheizt und aus der Falle stößt.

Mit der Kontrolle einzelner Atome können Quanteneigenschaften erforscht und für technologische Anwendungen nutzbar gemacht werden. Seit rund zehn Jahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage 2020: „Mach es einfach!“

18.11.2019 | Veranstaltungen

Humanoide Roboter in Aktion erleben

18.11.2019 | Veranstaltungen

1. Internationale Konferenz zu Agrophotovoltaik im August 2020

15.11.2019 | Veranstaltungen

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

Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern

20.11.2019 | Materialwissenschaften

Eisberge als Nährstoffquelle - Führt der Klimawandel zu mehr Eisendüngung im Ozean?

20.11.2019 | Geowissenschaften

Gehen verändert das Sehen

20.11.2019 | Medizin Gesundheit

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