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Pflanzenwachstum Kleine Moleküle erhalten Stammzellen

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Freiburger Forscher konnten in einer neuen Studie zeigen, was stetiges Pflanzenwachstum ermöglicht. Verantwortlich dafür sind Stammzellen in Spross- und Wurzelspitzen, die ein komplexes Entwicklungsprogramm druchlaufen.

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Blüte der Acker-Schmalwand
Blüte der Acker-Schmalwand
(Bild: Alberto Salguero/Wikipedia)

Freiburg – Menschliches Leben hängt in komplexer Weise auch vom andauernden Wachstum von Pflanzen ab, für das Stammzellen verantwortlich sind: Diese sitzen in den Spross- und Wurzelspitzen, den so genannten Meristemen. Stammzellen können sich in verschiedene Zelltypen umwandeln und dadurch immer wieder neue Organe wie Blätter, Früchte und Zweige bilden. Damit Pflanzen während ihrer gesamten Lebensspanne weiterhin wachsen und Organe entwickeln können, müssen einige Zellen an den Spross- und Wurzelspitzen jedoch Stammzellen bleiben. Um das zu gewährleisten, werden Signale benötigt, die den Zellen helfen, ihre Position in der Pflanze zu erkennen und das entsprechende Entwicklungsprogramm abzurufen.

Mikro-RNA schützt Stammzellen vor der Umwandlung in andere Zellentypen

Ein Team um Prof. Dr. Thomas Laux vom Institut für Biologie III der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg konnte nachweisen, dass eine mikro-RNA dafür notwendig ist, Stammzellen an der Sprossspitze vor der Umwandlung in andere Zellentypen zu schützen. Für ihre Studien verwendeten die Freiburger Forschenden die Acker-Schmalwand als Modellorganismus.

Mikro-RNAs sind sehr kurze Moleküle der Ribonukleinsäure (RNA), die selbst keine Proteine kodieren, sondern verhindern, dass aus anderen RNAs Proteine entstehen. Durch ihre geringe Größe können sich mikro-RNAs in Pflanzen von einer Zelle zur nächsten bewegen.

Bis jetzt war bereits eine mikro-RNA bekannt, die Meristemzellen mitteilt, dass sie sich spezialisieren sollen. Diese mikro-RNA muss dort, wo Stammzellen erhalten bleiben sollen, jedoch neutralisiert werden. Thomas Laux, Mitglied am Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies, gelang es nun, zu zeigen, dass eine zweite mikro-RNA genau diese Funktion übernimmt und somit die Stammzellen vor der Umwandlung schützt.

Epidermis stellt den Stammzellenretter her

Nur eine bestimmte Zellschicht, die Epidermis der Sprossspitze, stellt die neu erforschte mikro-RNA, den Stammzellenretter, her. Von der Epidermis aus wandert die mikro-RNA ausschließlich in einige darunterliegende Zellschichten, die alle zu Stammzellen werden. Weiter entfernte Bereiche erhalten nicht mehr genügend der Stammzellretter, sodass sich die Zellen dort umwandeln. Somit können die Stammzellen an der Spitze des Sprosses verankert werden und auf Lebenszeit und trotz aller Umwelteinflüsse Blätter, Blüten oder Früchte bilden.

Originalpublikation: Steffen Knauer, Anna L. Holt, Ignacio Rubio-Somoza, Elise J. Tucker, Annika Hinze, Melanie Pisch, Marie Javelle, Marja C. Timmermans, Matthew R. Tucker, Thomas Laux. A Protodermal miR394 Signal Defines a Region of Stem Cell Competence in the Arabidopsis Shoot Meristem. Developmental Cell, Available online 17 January 2013; http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2012.12.009

(ID:37666430)