Symbiose Micro-RNAs als Symbiosehelfer

Ungefähr 80 Prozent aller Landpflanzen leben in Symbiose mit Wurzelpilzen, mit denen sie Zucker und Nährstoffe austauschen. Mit dieser Symbiose einher geht eine massive Umprogrammierung der pflanzlichen Genexpression. Forscher vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie haben herausgefunden, dass dabei die so genannten micro-RNAs eine wichtige Rolle spielen.

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Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

Potsdam – Fast alle Landpflanzen gehen im Laufe ihres Lebens Partnerschaften ein. Nicht mit anderen Pflanzen, sondern mit Pilzen. Die häufigste Form der Symbiose ist die Mykorrhizae, bei der Pilz und Pflanze über das Wurzelsystem miteinander in Kontakt stehen. Diese Beziehungen sind – wie jede gute menschliche Verbindung auch – geprägt von ständiger Kommunikation und einem gegenseitigen Geben und Nehmen. Durch Kanäle in den Zellmembranen werden Signalmoleküle transportiert, die dem Informationsaustausch dienen. Außerdem findet hier auch der Stoffaustauschstatt.

Die Pflanze liefert dem Pilz Zucker, er revanchiert sich dafür mit essenziellen Nährstoffen wie Phosphor, Schwefel und Stickstoff. Man geht davon aus, dass diese Symbiose einen wichtigen Beitrag zur Entstehung der Landpflanzen geleistet hat, da Pflanzen ohne Mykorrhizapilze bei weitem nicht so effektiv bei der Nährstoffaufnahme sind.

Pflanzliche Genexpression ändert sich durch die Symbiose

Während der Ausbildung der Symbiose stehen Pilz und Pflanze in einem ständigen molekularen Dialog, infolgedessen es zu gravierenden Veränderungen in der pflanzlichen Genexpression kommt. Die Wurzelzellen ändern ihr genetisches Programm und produzieren andere Proteine, als vor der Symbiose. Eine wichtige Rolle bei diesem Prozess spielen die micro-RNAs. Dabei handelt es sich um kurze RNA-Einzelstränge von nur 21 bis 23 Nukleotiden Länge, deren Aufgabe es ist, die Expression von Genen in bestimmten Zelltypen und Entwicklungsstadien zu regulieren. Die Sequenz der micro-RNAs ist komplementär zu der von bestimmten mRNAs, aus denen in den Zellen die Proteine gebildet werden. Lagern sich microRNA und mRNA zusammen, so entsteht ein Doppelstrang, der die Proteinsynthese verhindert. Die mRNA wird entweder blockiert oder sogar abgebaut. Vergleicht man die Gehalte von microRNAs in Wurzelzellen mit oder ohne Symbiosepartner, so lassen sich eklatante Unterschiede feststellen.

MPI-Forscher fanden 243 neue micro-RNAs

Die Forscher um Franziska Krajinski vom Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie fanden 243 neue micro-RNAs, die in den Wurzelzellen bestimmte Gene deaktivieren können und somit eine Symbiose ermöglichen. Tatsächlich wusste man bereits um den Einfluss von micro-RNAs bei der pflanzlichen Stress- und Hormonantwort, Organpolarität oder Entwicklungsprozessen. „Das besondere an unserer Arbeit ist, dass wir zeigen konnten, wie essenziell micro-RNAs auch bei der Entstehung von Symbiosen sind“, erklärt Franziska Krajinski.

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