Die Pflanzenwurzel wird bereits im Embryo angelegt. Dafür muss sich schon im winzigen Zellknäuel die Identität der Zellen herausbilden. In der Pflanzenentwicklung hängt die Übernahme bestimmter Aufgaben einer Zelle eng mit den Informationen zusammen, die sie über ihre Position im Zellverband hat. Tübinger Genetiker haben nun an der Modellpflanze Ackerschmalwand gezeigt, wie sich bei der Entwicklung des Embryos das erste Wurzelgewebe herausbildet.
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Mit der Erforschung solch hochkomplizierter, aber sehr grundlegender Vorgänge in Pflanzen wird die Basis für viele weitere Forschungsarbeiten auch in der anwendungsorientierten Entwicklung geschaffen, schreiben die Forscher in der Online-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“.
Wurzelgewebe wird „gegründet“
Im Samen der Ackerschmalwand bildet sich der Embryo aus der befruchten Eizelle heraus, die sich zunächst in zwei Tochterzellen teilt. Dabei entsteht beinahe der gesamte Embryo aus einer der beiden Tochterzellen, während die andere ein Verbindungsgewebe hervorbringt, das den Embryo im Nährgewebe verankert. Erst wenn der Embryo zu einem kleinen Zellknäuel herangewachsen ist, wird die an den Embryo angrenzende Zelle des Verbindungsgewebes durch aktivierende Signale vom Embryo dazu gebracht, Teil des Embryos zu werden und das Wurzelgewebe zu gründen.
Mitspieler im Regulierungsgeflecht identifiziert
Die Wissenschaftler um Alexandra Schlereth, Marika Kientz und Professor Gerd Jürgens vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen haben jetzt zusammen mit Kollegen der Universität Wageningen und vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie diese Abläufe im Detail untersucht und konnten etliche der Mitspieler im komplizierten Regulierungsgeflecht identifizieren.
Die Ausbildung des Wurzelgewebes hängt zum einen von der Anhäufung des Pflanzenhormons Auxin ab, das verstärkt von dem Steuerungsfaktor Monopteros vom Embryo zur Wurzelgründungszelle gelenkt wird. Doch das reicht nicht aus. Die Forscher folgerten, dass Monopteros gezielt weitere Gene aktivieren muss.
Wurzelgene aufgespürt
Bei einer umfassenden Erhebung aller von Monopteros aktivierten Gene fanden sie vier Gene, die bereits während der Embryonalentwicklung eine Rolle spielen. Zwei davon, TMO5 und TMO7 – TMO = Target of Monopteros -, erwiesen sich in weiteren Tests als notwendig für die Ausbildung des Wurzelgewebes. Das vom TMO7-Gen gebildete Protein muss dazu vom Ort seines Entstehens im Embryo in die Wurzelgründungszelle wandern, so die Forscher. Es stellt somit ein bisher noch nicht bekanntes interzelluläres Signal bei der Wurzelbildung des Embryos dar.
Die detektivische Suche im Genetiklabor der Pflanzenforscher wird damit nicht beendet sein. Denn TMO7 ist wiederum ein Steuerungsfaktor, der in weitere Regulierungsgeflechte der Pflanzenentwicklung eingebunden ist.
(idw – Universität Tübingen, 12.03.2010 – DLO)
