Der Beginn des „pflanzlichen Lebens“

Pflanzen können bei widrigen Bedingungen nicht einfach davonlaufen. Wurzeln verankern Pflanzen im Boden und erschließen Wasser und Nährstoffe. Wann genau beginnt die Herausbildung dieser spezialisierten Organe? Entwicklungsbiologen widmen sich solchen Fragen zur Musterbildungen. Damit legen sie Grundlagen für ein besseres Verständnis komplexer Abläufe wie Wachstum oder Prozessen, die bei der Entstehung von Krankheiten ablaufen.

Alles Wachstum beginnt im Embryo. Hier werden Wurzeln und andere Grundorgane angelegt. Die Wurzel besteht aus Wurzelzellen, die je einer bestimmten Aufgabe zugeordnet sind. Welche Arbeit die Zellen zu verrichten haben, hängt stark mit der Position im Zellverband zusammen. Diese Tatsachen wollte  ein Forscherteam vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen näher untersuchen. Prof. Gerd Jürgens und seine Kollegen Dr. Alexandra Schlereth und Marika Kientz erforschten an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) das Wurzelgewebe des Keimlings.

Aus der befruchteten Eizelle bildet sich im Samen der Ackerschmalwand der Embryo heraus. Dieser teilt sich in zwei Tochterzellen. Während aus der einen Zelle nahezu der gesamte Keimling entsteht, wandelt sich die andere Zelle zu Nährgewebe für den Embryo. Nachdem der Keimling herangewachsen ist, schließt sich das Nährgewebe an das weitere Wachstum der Pflanze an. Die beiden Tochterzellen vereinen sich auf diese Weise erneut, um auch das Wurzelgewebe zu bilden.

Die Tübinger Entwicklungsgenetiker haben sich diesem hochkomplexen Entwicklungsprozess zur Musterbildung angenommen und konnten neue Erkenntnisse im Regulierungsgeflecht gewinnen.

Zwei wichtige Faktoren sind beim Wachstum des Wurzelgewebes von Bedeutung: Während das Wachstum grundsätzlich auf die Anhäufung des Pflanzenhormons Auxin zurückzuführen ist, lenkt der Steuerungsfaktor Monopteros Auxin in die richtige Position. Die Forscher waren sich jedoch schnell einig, dass Monopteros „noch mehr leisten muss“. Sie fanden insgesamt vier Gene, die, von Monopteros aktiviert, während der Bildung des Keimlings eine wichtige Rolle spielen. Als notwendig für die Herausbildung des Wurzelgewebes erweisen sich die beiden Gene TMO5 und TMO7 (TMO = Target of Monopteros). Um das Wachstum des Wurzelgewebes zu ermöglichen, muss das von TMO7 gebildete Protein in die Wurzelgründungszelle überführt werden. Die Forschungsarbeit zeigt ein bislang noch nicht bekanntes interzelluläres Signal bei der Entwicklung einer Wurzel im Keimling und leitet mit dieser Entdeckung neue Forschungsarbeiten ein. Die Annahme, dass TM07 ein Steuerungsfaktor ist, der wiederum in weitere Regulierungsgeflechte der Entwicklung einer Pflanze eingebunden ist, kann nun in weiteren Experimenten im Genetiklabor überprüft werden.