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Mittwoch, 18.10.2017
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Pflanzen stehen beim Sex auf Abwehrproteine

Wissenschaftler liefern neue Erkenntnisse über pflanzliche Befruchtung

Regensburger Wissenschaftler haben in der Fachzeitschrift „PLoS Biology“ neue Erkenntnisse über die Abläufe bei der pflanzlichen Befruchtung geliefert. Ergebnis der Studie: Pflanzen stehen beim Sex auf Abwehrproteine.
Pollenschläuche von Mais

Pollenschläuche von Mais

Pflanzen und Tiere haben seit ihrer Entstehung vielfältige Formen von Abwehrmechanismen entwickelt, um sich gegen Krankheitserreger zu wehren. Proteine haben in diesem ständigen Wettkampf zwischen Bakterien und Pilzen auf der einen und Pflanzen und Tieren auf der anderen Seite eine bedeutende Rolle gespielt. So entwickelte sich beispielsweise eine ganze Reihe von Abwehrproteinen – so genannte Defensine und Defensin-ähnliche Proteine - zu einem essenziellen Bestandteil des pflanzlichen Immunsystems.

Proteine spielen wichtige Rolle beim Pflanzen-Sex


Dass solche Proteine für Pflanzen auch eine wichtige Rolle beim Sex beziehungsweise bei der Befruchtung spielen, haben nun Regensburger Wissenschaftler herausgefunden. Das Forscherteam um Professor Thomas Dresselhaus konnte dies in einer Studie an der Nutzpflanze Mais nachweisen.

Eine besondere Form von Abwehrproteinen, so genannte ZmES1-4 Defensine, werden danach vom Eiapparat der Pflanze ausgeschüttet und öffnen Kalium-Ionen-Kanäle beim männlichen Geschlechtspartner, wodurch die männlichen Spermazellen explosionsartig freigesetzt werden. Erst hierdurch kann es anschließend zu einer Befruchtung kommen. Die Ergebnisse der Regensburger Forscher versprechen neuartige Anwendungsmöglichkeiten, um die Barrieren zwischen derzeit noch nicht kreuzbaren Nutzpflanzen zu überwinden.


Defensine in der Pflanzenwelt und im Tierreich


Mit Ausnahme der hoch entwickelten Säugetiere benötigen Pflanzen und Tiere Defensine zur Abwehr von verschiedenen Krankheitserregern. Bei Tieren werden Defensine aber auch für die Abwehr von höheren Organismen oder für den Beutefang benutzt. Einige bekannte tierische Defensin-ähnliche Proteine sind als Toxine in den Giften von Schlangen, Skorpionen, Meeresschnecken und sogar der Honigbiene bekannt.

Erste Blütenpflanzen im Visier


Eine völlig neue Beobachtung ist die Rolle der Proteine beim Sex. In den 1990er Jahren wurden erstmals Defensin-ähnliche Proteine in den männlichen Geschlechtsorganen der Ratte beschrieben. Die Funktion ist allerdings bis heute nicht bekannt. Pflanzen erzeugen ebenfalls sehr viele Varianten von Defensinen in den jeweiligen männlichen und weiblichen Geschlechtsorganen. Bis vor kurzem ging man lediglich davon aus, dass diese Proteine die Geschlechtszellen und den sich nach der Befruchtung entwickelnden Samen vor Krankheitserregern schützen.

Die Regensburger Forschungsergebnisse deuten an, dass bereits die ersten Landpflanzen vor etwa 470 Millionen Jahren und gerade auch die Blütenpflanzen, die vor etwa 170 Millionen Jahren entstanden sind, Mechanismen der Krankheitsabwehr benutzt und angepasst haben, um unterschiedliche Interaktionsmöglichkeiten zwischen männlichen und weiblichen Geschlechtspartnern zu entwickeln und dabei Spermazellen zur Befruchtung zu entlassen.

Wichtige neue Erkenntnisse


Diese Erkenntnisse werfen ein gänzlich neues Licht auf die Evolution der Vorgänge auf molekularer Ebene, die bei Blütenpflanzen zur Befruchtung notwendig sind, so die Forscher in PLoS Biology. Bereits im vergangenen Jahr hatten die Biologen der Universität Regensburg gemeinsam mit Kollegen der Nagoya Universität in Japan in der Fachzeitschrift „Nature“ Defensin-ähnliche Proteine beschrieben, die bei Blütenpflanzen den männlichen Geschlechtszellen den Weg zum Eiapparat aufzeigen.
(idw - Universität Regensburg, 04.06.2010 - DLO)
 
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