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Mittwoch, 18.01.2017
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Pflanzen: Wenn hormonelle Gegenspieler kooperieren

Wirkungsgeflecht der Wachstumshormone Auxin und Cytokinin untersucht

Die beiden wichtigsten Wachstumshormone von Pflanzen galten bisher als Gegenspiele. Doch sie können auch synergetisch wirken und sind enger vernetzt als angenommen. Das zeigen jetzt in „Nature“ veröffentlichte Experimente am Modellorganismus Ackerschmalwand. Erst gemeinsam sichern die beiden Hormone den genügenden Stammzellnachschub für neue Zellen und Gewebe.
Optischer Schnitt durch die Wachstumszone von Arabidopsis. Die Verteilung eines essentiellen Regulators ist in grün gezeigt, die Cytokinin- und Auxin-Moleküle erscheinen in rot und grün.

Optischer Schnitt durch die Wachstumszone von Arabidopsis. Die Verteilung eines essentiellen Regulators ist in grün gezeigt, die Cytokinin- und Auxin-Moleküle erscheinen in rot und grün.

Alle oberirdischen Teile einer Pflanze – Blätter, Blüten, Stängel und Samen – entspringen letztlich einem winzigen Gewebebereich an der Spitze des Sprosses. Die in ihm enthaltenen totipotenten Stammzellen bleiben während der gesamten Lebenszeit einer Pflanze aktiv. Im Gegensatz zu Tieren können Pflanzen daher über viele Jahre hinweg weiter wachsen und zugleich neue Organe ausbilden. In diesem Zusammenhang wirkt Auxin am Rand der Wachstumszone darauf hin, dass Zellen den Stammzellpool verlassen, sich differenzieren und zum Beispiel Blätter und Blüten bilden. Cytokinin dagegen regt die Stammzellen zu selbsterneuernden Teilungen an; seine Aufgabe ist es, die Zahl der Zellen und somit das Wachstumspotential der Pflanze aufrechtzuerhalten.

Über welche genetischen Faktoren das Cytokinin beim Wachstum der Pflanze seine Wirkung entfaltet, ist zum Teil bereits bekannt. Mit komplexen Experimenten an der Ackerschmalwand, die sich auf die Wachstumszone an der Spitze des Sprosses konzentrieren, hat ein deutsch-schwedisches Forscherteam unter Leitung von Jan Lohmann, Professor für Stammzellbiologe an der Universität Heidelberg jetzt die Funktion des Auxin in diesem Wirkungsgeflecht der Hormone untersucht.

Auxin sorgt für positive Rückkopplung


Dabei zeigte sich, dass sich Auxin direkt in eine „Rückkopplungsschleife“ einschaltet: Zwei von Cytokinin aktivierte Gene – ARR7 und ARR15 – begrenzen die Cytokinin-Wirkung. Auxin hingegen hemmt diese beiden Gene und verstärkt somit die Effekte von Cytokinin. „Man kann die Rolle des Auxin als positive Rückmeldung an den Stammzellpool betrachten“, erläutert Lohmann. „Wenn es die Zellen am Rande der Wachstumszone zur Ausbildung von Organen anregt, muss es gleichzeitig dafür sorgen, dass genügend Stammzellen nachgeliefert werden.“ So wird verhindert, dass die Stammzellzahl unter eine kritische Grenze absinkt, was für Wachstum und Überleben der Pflanze von zentraler Bedeutung ist.


Keine „Solisten“


„Wir beginnen allmählich zu verstehen, wie das Regelwerk von Hormonen und Genen ineinander greift, um die Aktivität der Wachstumszone aufrechtzuerhalten. Bereits jetzt ist klar, dass hormonelle und genetische Faktoren vielfach miteinander verschaltet sind und sich gegenseitig beeinflussen. Es gibt keine Solisten.“
(Universität Heidelberg, 24.06.2010 - NPO)
 
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