Aus eins mach zwei: Bei Pflanzen läuft ein fundamentaler Prozess des Lebens ganz anders ab als bei Tieren: die Zellteilung. Forscher haben nun entschlüsselt, welche molekulare Maschinerie hinter diesem Prozess steckt und wie sie sich im Laufe der Evolution entwickelt hat. Demnach entstand das System der Zellteilung bei Algen ursprünglich aus einer unter anderem für den Transport von Stoffen genutzten Maschinerie. Blütenpflanzen übernahmen und ergänzten dieses System schließlich um weitere Komponenten – wahrscheinlich, um den Besonderheiten ihrer Samenentwicklung gerecht zu werden.
Zellteilung ist eine grundlegende Eigenschaft des Lebens. Einzeller wie zum Beispiel Bakterien vermehren sich durch Zellteilung. Vielzeller wachsen und entwickeln sich dadurch. Bei der Zellteilung von Menschen, Tieren und Pilzen wird die Zellmembran eingeschnürt und die Verbindung zwischen den Tochterzellen in der Mitte kontrolliert abgekappt.
Pflanzen hingegen haben eine andere Methode entwickelt: Bei ihnen werden Unmengen von winzigen Membranbläschen, die sogenannten Vesikel, in die Mitte der Teilungsebene transportiert. Dort verschmelzen sie zu einer dünnen Zellwand, die anfänglich wie eine Scheibe Schweizer Käse aussieht. Diese Platte wächst nach außen, indem später ankommende Vesikel an den Rand der wachsenden Zellplatte geliefert werden. Parallel dazu wird eine neue Zellmembran angelegt – damit sind die Tochterzellen getrennt.
Ganz eigene Strategie
„Diese ganz andere Strategie der Zellteilung ist in der Evolution entstanden, noch bevor aus Algen die ersten Landpflanzen hervorgegangen sind“, erklärt Gerd Jürgens von der Universität Tübingen. Doch welche molekulare Maschinerie steckt hinter diesem Prozess – und wie hat sie sich im Laufe der Pflanzengeschichte weiterentwickelt?
Bekannt war bereits, dass es ein spezielles molekulares System gibt, das die Verschmelzung der Membranvesikel und die Bildung der Zellplatte antreibt. „Eine wichtige Komponente dieser Maschinerie gibt es aber nur bei Blütenpflanzen, nicht bei anderen Landpflanzen wie zum Beispiel Moosen oder Algen“, sagt Jürgens.
Alte Maschinerie mit neuer Funktion
Durch Ausschalten einzelner Gene haben der Forscher und seine Kollegen die Grundlagen der Zellteilungsmaschinerie erforscht und können nun den Weg nachzeichnen, den vor allem die Blütenpflanzen im Laufe der Evolution dabei genommen haben.
Das Ergebnis: Das heute für die Zellteilung der Pflanzen verantwortliche System war ursprünglich gar nicht dafür gedacht. So nutzten Algen es zunächst, um Vesikel mit der Zellmembran zu verschmelzen und dadurch zum Beispiel Stoffe aus der Zelle heraus zu transportieren, wie das Team berichtet. Die ursprüngliche Zusammensetzung der Maschinerie wurde beibehalten und irgendwann auch für die Zellteilung genutzt.
Blütenpflanzen haben ein eigenes System
„Sie spielt auch bei der Zellteilung der Blütenpflanzen noch eine Rolle, dort aber vor allem bei der Verschmelzung von Vesikeln mit der Zellmembran“, sagt Jürgens Kollegin Misoon Park. Zusätzlich hätten die Angiospermen eine weitere Maschinerie entwickelt, die sie ausschließlich bei der Zellteilung einsetzen.
„Diese Neuerung, eine Erfindung der Blütenpflanzen sozusagen, ergab sich nach Hunderten von Millionen Jahren der Pflanzenevolution. Offenbar brauchten die Blütenpflanzen bei den komplizierten Besonderheiten ihrer Samenentwicklung eigene Mechanismen für die Zellteilung“, sagt Jürgens. (Developmental Cell, 2018; doi: 10.1016/j.devcel.2017.12.027)
(Eberhard Karls Universität Tübingen, 30.01.2018 – DAL)
