Systembiologische Samenforschung

Was passiert mit Pflanzensamen während der Keimung? Das untersuchen Pflanzenphysiologen der Universität Freiburg und weitere internationale Forschungsgruppen.

Für ihre Arbeiten stehen den Forschern 1.7 Millionen Euro zur Verfügung. Das Netzwerk will Mithilfe von modernen Methoden der Systembiologie molekulare, physiologische und mechanische Vorgänge in Pflanzensamen in ihrer Gesamtheit erfassen und diese verschiedenen Ebenen durch mathematische Modellierung zusammenbringen.

Samen dienen der Pflanze zum einen zur Ausbreitung in neue Lebensräume, zum anderen stellen sie das am besten gewappnete Stadium gegen Trockenheit dar. Jahre kann der schlafähnliche Zustand der sogenannten Keimruhe (Dormanz) andauern, bis die Umweltbedingungen für die Keimung optimal sind.

Nicht nur für Grundlagenforscher, auch für die Landwirtschafts- und Ernährungsindustrie ist das Verständnis der Samenbiologie von Bedeutung. Wie kommt es, dass ein scheinbar lebloses Gebilde plötzlich eine Keimwurzel austreibt, aus der eine ganze Pflanze entsteht? Ein komplexes Netzwerk aus Molekülen dirigiert diese Prozesse und reagiert auf Umwelteinflüsse. Es verändert die mechanischen Eigenschaften der Hüllgewebe und erlaubt dem Pflänzchen, im richtigen Moment durchzubrechen.

"Biologen und Mathematiker müssen zusammenarbeiten, um mittels systembiologischer Modellierung eine integrative Gesamtschau der verschiedenen Ebenen herzustellen. Und genau das ist das Ziel des interdisziplinären Projekts virtual Seed." sagt Dr. Gerhard Leubner, Leiter der Arbeitsgruppe für Pflanzenphysiologie an der Universität Freiburg. Für die nächsten drei Jahre stellt sich das Konsortium aus vier europäischen Partnern die Aufgabe, eine mathematische Beschreibung der dynamischen Prozesse rund um die Keimung von Samen der beiden nah verwandten Pflanzen Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) und Lepidium sativum (Gartenkresse) zu liefern. Die Förderungsmittel beziehen die Forscher in den drei Ländern von den jeweiligen nationalen Förderungsorganisationen, für die Freiburger ist dies die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Im Bereich der Biomechanik werden Experten aus Freiburg und Nottingham eng zusammenarbeiten: Leubners Gruppe untersucht, welche Hormone die Keimung und Dormanz steuern. Der Pflanzenphysiologe hat mit seinem Team außerdem eine Apparatur entwickelt, mit der sich die mechanischen Veränderungen in den Hüllgeweben messen lassen, während der Samen keimt.