Powered by

Das Alter treibt Blüte

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben einen Signalweg entdeckt, der Pflanzen unabhängig von äußeren Einflüssen, wie Tageslichtlänge und Temperatur, blühen lässt. Dabei wirkt die Konzentration eines kleinen RNA-Schnipsels in den Zellen wie eine Sanduhr: Nimmt diese mit zunehmendem Alter ab, erwacht die Pflanze aus ihrem vegetativen Ruhestadium und begibt sich in die reproduktive Blühphase. Somit wird sichergestellt, dass die Pflanze nicht vergeblich darauf wartet sich fortzupflanzen, wenn die Umweltbedingungen über einen längeren Zeitraum hinweg nachteilig sind.

Die Blüte der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana gesehen durch ein Rasterelektronenmikroskop. © Jürgen Berger / Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Warum erblühen manche Pflanzen auch an kurzen grauen Tagen? Die Wissenschaftler um Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie haben eine Antwort auf diese Frage gefunden: Ein innerer Mechanismus ermöglicht, dass Pflanzen auch dann blühen, wenn positive äußere Einflüsse wie längere Sonnentage fehlen. Hierbei spielt ein kleiner RNA-Schnipsel, eine sogenannte mikro-RNA, eine wichtige Rolle: Sinkt seine Konzentration in den Sprosszellen, wird ein Prozess angestoßen, der zur Blütenbildung führt.

Mikro-RNAs bestehen aus nur 20 bis 22 Basenpaaren und übernehmen sowohl in Pflanzen als auch Tieren eine wichtige Aufgabe bei der Regulation von Genen. Indem sie an die komplementäre Basensequenz einer Boten-RNA binden, verhindern sie, dass diese in ein Protein übersetzt wird. Das entsprechende Gen wird auf diese Weise stumm geschaltet.

Die Konzentration der mikro-RNA ist unabhängig von äußeren Einflüssen

Die genetischen Grundlagen des Blühverhaltens von Arabidopsis werden am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Pflanzenkammern untersucht. © Bernd Schuller / Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Die Tübinger Entwicklungsbiologen fanden heraus, dass die Ackerschmalwand, Arabidopsis thaliana, diesen Regulationsmechanismus benutzt, um von der vegetativen Ruhephase in das Fortpflanzungsstadium zu wechseln. Für die Ausbildung der Pflanzenblüte spielen SPL-Gene eine wichtige Rolle. In jungen Pflanzen wird die Bildung von SPL-Genprodukten durch mikro-RNA156 weitgehend unterdrückt. In ihrer Studie zeigten Jia-Wei Wang und seine Kollegen nun, dass die Konzentration der mikro-RNA ohne äußere Einflüsse mit der Zeit absinkt: Die SPL-Gene werden in Proteine umgesetzt und regen dadurch das Blütenwachstum an. Somit scheinen auch altersabhängige Mechanismen die Pflanzenreproduktion zu regulieren.


Der neu entdeckte Prozess unterstützt dabei einen bereits bekannten parallelen Signalweg, welcher von äußeren Tageslichtfaktoren abhängig ist. Beide Mechanismen aktivieren in der Pflanzensprosse eine Reihe verschiedener überlappender Gene, die für die Blütenbildung entscheidend sind. „Die Blütezeit ist für Pflanzen ein sehr wichtiger Prozess. Durch die Redundanz wird sichergestellt, dass bei Ausbleiben entsprechender äußerer Reize die Pflanze nicht ewig wartet, bis sie blüht. Denn das Blühen ist für die Fortpflanzung unerlässlich“, erklärt Detlef Weigel, Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie.

Originalpublikation
Jia-Wei Wang, Benjamin Czech, Detlef Weigel: miR156-regulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in Arabidopsis thaliana. Cell, 21. August 2009; doi: 10.1016/j.cell.2009.06.014.

Glossar

  • Eine Base ist ein Bestandteil von Nukleinsäuren. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin, Guanin (Purinabkömmlinge), Cytosin und Thymin bzw. Uracil (Pyrimidinabkömmlinge). In der RNA ersetzt Uracil Thymin.
  • Die vier Basen liegen in der DNA-Doppelhelix immer als Paare vor. Aufgrund der chemischen Struktur ist eine Paarbildung nur zwischen A und T (DNA) bzw. A und U (RNA) sowie C und G möglich. A und T (U) sowie C und G werden deshalb auch als komplementär bezeichnet.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Die Ribonukleinsäure (Abk. RNS oder RNA) ist eine in der Regel einzelsträngige Nukleinsäure, die der DNA sehr ähnlich ist. Sie besteht ebenfalls aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von vier Basen. Allerdings handelt es sich beim Zuckermolekül um Ribose und anstelle von Thymin enthält die RNA die Base Uracil. Die RNA hat vielfältige Formen und Funktionen; sie dient z. B. als Informationsvorlage bei der Proteinbiosynthese und bildet das Genom von RNA-Viren.
  • Nukleotidsequenzen sind Abfolgen der Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin auf der DNA (bzw. Uracil statt Thymin bei RNA).
  • Mit Transkription im biologischen Sinn ist der Vorgang der Umschreibung von DNA in RNA gemeint. Dabei wird mithilfe eines Enzyms, der RNA-Polymerase, ein einzelsträngiges RNA-Molekül nach der Vorlage der doppelsträngigen DNA synthetisiert.
  • Arabidopsis thaliana ist der wissenschaftliche Name für die Acker-Schmalwand; diese war im Jahr 2000 die erste Pflanze, deren Genom vollständig bekannt wurde. Aufgrund ihres kleinen Genoms mit 5 Chromosomenpaaren (mit ca. 25 000 Genen) ist sie eine der wichtigsten Modellorganismen der Pflanzengenetik.
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/pm/das-alter-treibt-bluete/?prn=1