Pflanzenforschung: Sind Studien verschiedener Laboratorien vergleichbar?

Pflanzenwachstum hängt von vielen Faktoren ab, die sich im Labor entsprechend beeinflussen lassen. In einer Studie wurde nun die Bedeutung standardisierter Methoden unter die Lupe genommen.

Pflanzen sind hochkomplexe Organismen, deren Wachstum von diversen Umweltbedingungen abhängen, wie Erde, Temperatur, Feuchtigkeit oder Lichtverhältnisse. Entsprechend empfindlich reagieren sie auch im Labor auf vorgegebene Wachstumsbedingungen, sodass sich die Pflanze phänotypisch durchaus unterschiedlich entwickeln kann.

Die genaue Interpretation von experimentellen Ergebnissen hängt entscheidend von der Versuchsanordnung ab, speziell von der Herkunft der Versuchspflanzen, von den Umgebungsbedingungen und auch von den Art und Weise der Protokollführung. Um Ergebnisse innerhalb eines Labors oder zwischen mehreren Laboratorien vergleichen zu können, sind standardisierte Methoden daher unumgänglich.

In einer aktuellen Studie kultivierten Wissenschaftler im Rahmen des EU-geförderten AGRO-NOMICs-Projekts drei Ökotypen von Arabidopsis thaliana in zehn verschiedenen Laboratorien. Sie wollten feststellen, ob es mit zuvor festgelegten Standardmethoden möglich ist, in jedem Labor die gleichen eindeutig erkennbaren Phänotypen des jeweiligen Arabidopsis-Genotyps wachsen zu lassen. Um Charakteristika des Blattwachstums genau bestimmen zu können, wurden die Pflanzen mit den drei Genotypen auf einer automatisierten Plattform kultiviert, die Umweltbedingungen kontrollieren kann. Wassermenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Licht und Nährstoffe, die für ein optimales und vergleichbares Wachstum nötig sind, waren exakt festgelegt. Gemessen wurden verschiedene Wachstums-Variable der Blatt-Rosetten und Einzel-Blätter sowie Stoffwechselprodukte (Metabolitprofile) und RNA-Profile.

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In vier Laboratorien entwickelten sich tatsächlich ähnliche Phänotypen. Die Autoren sehen dieses Ergebnis als Beweis, dass eine Standardisierung der Methoden möglich ist. Allerdings zeigten sich bei anderen Laboratorien signifikante Unterschiede zwischen den Phänotypen. Vor allem die Analyse der Stoffwechselprodukte ließ einen deutlichen Zusammenhang zwischen Genotyp und Aufzuchtlabor erkennen. Denn die einzelnen Genotypen konnten auf Basis der metabolischen Analyse nur dann eindeutig zugeordnet werden, wenn die Pflanzen aus dem selben Labor stammten.

Die Analysen der RNA-Profile zeigten zwar klare Unterschiede im Phänotyp von Pflanze zu Pflanze. Doch die Standardisierung führte dazu, dass die Unterschiede innerhalb eines Labors nicht größer waren als zwischen verschiedenen Laboratorien.

Die Wissenschaftler versuchen die unterschiedlichen Auswirkungen der standardisierten Methoden auf Phänotypen und molekulare Profile mit verschiedenen Zeitfenstern zwischen den einzelnen Versuchsschritten zu erklären.

Die Ergebnisse verdeutlichen, wie schwer eindeutige Vorgaben von Umweltbedingungen zu beschreiben, zu beobachten und zu kontrollieren sind. Phänotypen und molekulare Profile müssen vor allem dann mit Bedacht ausgewertet werden, wenn mehrere Experimente verglichen werden sollen. Sie bemerkten, dass selbst kleinste Unterschiede in den Wachstumsbedingungen, wie die Lichtqualität sowie der Umgang mit den Pflanzen zu signifikanten Unterschieden im Phänotyp und im molekularen Profil führen können. Nach Aussage der Wissenschaftler zeigte sich jedoch auch, dass bei exakter Einhaltung der standardisierten Vorgaben die Arbeit verschiedener Laboratorien vergleichbar sind.