Auxin verbindet Mutter und Kind

Wie bei Menschen wächst auch der pflanzliche Embryo im mütterlichen Gewebe heran. Forscher der Universität Freiburg haben beobachtet, dass das Pflanzenhormon Auxin bereits in der Frühphase, direkt nach der Befruchtung eine entscheidende Rolle spielt.

Bei Vögeln und Reptilien entwickeln sich die Embryonen im Ei. Sobald das Muttertier das Ei abgelegt hat, wächst das Jungtier – von der Brutwärme abgesehen – unabhängig von den Signalen des mütterlichen Körpers. Menschliche Embryonen wachsen dagegen im Mutterleib. Bei dieser engen Bindung hängen Versorgung und Wohlbefinden des Embryos stark von den Signalen der Mutter ab.

Auch der pflanzliche Embryo wächst im mütterlichen Gewebe heran, nachdem die Eizelle befruchtet wurde. Dort regulieren Signale der Mutter die Entwicklung des Embryos. Doch im Vergleich zu Säugetieren wissen wir noch sehr wenig darüber. Bei Auxin ist sich die Wissenschaft jedoch sicher. Das Pflanzenhormon ist an der Entwicklung des Embryos beteiligt und, wie man jetzt weiß, schon früher als gedacht.

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Auxin für korrekte Embryoentwicklung wichtig

Ist das Gewebe der Mutterpflanze durch eine Mutation gestört, kann sich der Embryo zwar entwickeln, allerdings nur fehlerhaft. Diese Beobachtung ließ Wissenschaftler vermuten, dass das mütterliche Gewebe über bestimmte Botenstoffe die Entwicklung des Embryos steuert. Eine weitere Beobachtung brachte den entscheidenden Hinweis: Nach der Bestäubung von Arabidopsis-Blüten sammelt sich das Phytohormon Auxin genau in dem Bereich des Samens an, wo das mütterliche Gewebe auf den Embryo trifft.

Die Mutter gibt den Takt vor

Auxin ist ein nahezu allgegenwärtiger Botenstoff in Pflanzen, der zahlreiche Vorgänge wie die Organentwicklung oder Abwehr von Krankheitserregern reguliert. Sowohl der Embryo als auch das umgebende Muttergewebe produzieren den Botenstoff. Um herauszufinden, wer von beiden das ausschlaggebende Signal sendet, generierten die Wissenschaftler Pflanzen, bei denen das mütterliche Samengewebe kein Auxin produzierte, das Embryonalgewebe jedoch schon. In diesen Pflanzen reifte der Embryo nur fehlerhaft heran. Damit hatten sie den Beweis erbracht: Das entscheidende Signal für eine gesunde Embryonalentwicklung kommt von der Mutter.

Ähnliche Beobachtungen auch bei anderen Pflanzenarten

Als die Forscher die Auxinherstellung in den frühen Embryozellen künstlich aktivierten, entwickelte sich der Embryo auch ohne mütterliche Auxinzufuhr korrekt. Normalerweise kann ein Embryo Auxin in den frühen Entwicklungsstadien nicht selbst produzieren. „Das geschieht erst ab dem globulären Stadium, in dem der Embryo aus 32 Zellen besteht“, erläutert Thomas Laux von der Universität Freiburg. Da die Forscher im Mais ähnliche Beobachtungen machten, liegt es nahe, dass es sich um einen weiter verbreiteten Mechanismus bei Pflanzen handeln könnte.

Neben Auxin vermuten die Forscher noch weitere wichtige Botenstoffe. „Wenn wir die Zufuhr von Auxin von der Mutter zum Embryo stoppen, wächst der Embryo zwar fehlerhaft, aber er entwickelt sich trotzdem irgendwie. Das bedeutet, dass es ein weiteres, auxinunabhängiges Signal geben muss“, bemerkt Jiri Friml. Um welches Signal es sich dabei handelt, müssen die Forscher in weiteren Versuchen erst noch klären.

Biotechnologische Pflanzenvermehrung optimieren

Die neu entdeckte Funktion von Auxin erweitert nicht nur das Bild des wichtigen Phytohormons. Mit den neuen Erkenntnissen könnte auch die biotechnologische Pflanzenvermehrung optimiert werden, sagt Laux: „Pflanzen könnten dadurch in Zukunft vielleicht schneller und effizienter gezüchtet werden, zum Beispiel um sich an ungünstige Umweltbedingungen und den Klimawandel anzupassen.“

In der Pflanzenzüchtung ist die Vermehrung über somatische Embryonen ein wichtiges Werkzeug. „Das sind Embryonen, die aus differenzierten Zellen entstehen. Einige Pflanzenarten machen das spontan, andere aber gar nicht. Und bei den letzteren sind wichtige Nutzpflanzen dabei, z. B. Bäume. Eine Idee wäre deshalb, durch lokale Auxin-Applikation oder lokale Auxin-Synthese diesen Prozess zu fördern“, erklärt Laux.