Entwicklungsbiologie

Pflanzenmütter kommunizieren mit ihren Embryonen über das Hormon Auxin

WissenschaftlerInnen haben die seit langem bestehende Frage nach dem Signal beantwortet, das die Embryonalentwicklung bei Pflanzen steuert. Ihre Ergebnisse wurden jetzt in Nature Plants veröffentlicht.

Arabidopsis Samen in der frühen Entwicklung: Auxin (hier in grün) wird im mütterlichen Gewebe in der Nähe des jungen Embryos produziert und reichert sich dort an. (Bild: Chulmin Park) © Chulmin Park

Schwangerschaften beim Menschen und die Samenentwicklung bei Pflanzen mögen sehr unterschiedlich aussehen, es gibt jedoch Parallelen – nicht zuletzt die, dass sich der Embryo in enger Verbindung mit der Mutter entwickelt. Bei Tieren ist bekannt, dass ein ganzes Netzwerk von mütterlichen Signalen die Entwicklung des Embryos beeinflusst. Bei Pflanzen ist seit einiger Zeit klar, dass mütterliche Signale die Embryonalentwicklung regulieren. Allerdings war das Signal selbst unbekannt.

PflanzenforscherInnen des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), des Central European Institute of Technology (CEITEC) und der Universität Freiburg haben nun herausgefunden, dass ein von der Mutter stammendes Pflanzenhormon, das sogenannte Auxin, eines der Signale ist, die dem Pflanzenembryo seine Gestalt vorgeben. Ihre Studie erschien jetzt in Nature Plants.

"Pflanzenforscher versuchen seit Jahrzehnten, die Natur der Signale zwischen Mutter und Embryo herauszufinden", erklärt Jiri Friml, Professor am IST Austria und einer der Korrespondenzautoren. "Wir zeigen, dass die Quelle des Auxins, das die frühe Embryonalentwicklung reguliert, die Mutter ist." Auxin ist ein Hormon, das viele Rollen in der Entwicklung von Pflanzen spielt und es war bekannt, dass es auch für die Embryonalentwicklung wichtig ist. Durch die Visualisierung der Biosynthese und der Reaktion auf Auxin zeigen die Forscher, dass das mütterliche Gewebe, das den Embryo im Samen umgibt, nach der Befruchtung mehr Auxin produziert.

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Die AutorInnen zeigen weiter, dass diese erhöhte mütterliche Auxinproduktion für den Embryo entscheidend ist: Wenn die Auxinproduktion unterbrochen wird, entwickelt sich der Embryo nicht richtig. Und es ist das mütterliche Auxin, das diese wichtige Rolle spielt. Kreuzten die Forscher zwei Pflanzen so, dass die Mutter kein Auxin produziert, der Embryo aber schon, entstehen trotzdem die gleichen Defekte in der Embryonalentwicklung – damit war der Beweis erbracht, dass Auxin der Mutter das wichtige Entwicklungssignal ist.

Auxin ist jedoch nicht das einzige mütterliche Signal, das den Embryo beeinflusst, erklärt Friml: "Wenn wir die Zufuhr von Auxin von der Mutter zum Embryo stoppen, wächst der Embryo zwar fehlerhaft, aber er entwickelt sich trotzdem irgendwie. Das bedeutet, dass es ein weiteres, auxin-unabhängiges Signal geben muss." Die Publikation ist eine Zusammenarbeit zwischen Jiri Friml und seiner Gruppe, insbesondere Helene S. Robert, ehemalige Postdoc von Friml und jetzt Gruppenleiterin am CEITEC in Brno, und der Gruppe von Thomas Laux an der Universität Freiburg.

Originalpublikation:
Helene S. Robert, et al. “Maternal auxin supply contributes to early embryo patterning in Arabidopsis”, Nature Plants, DOI: 10.1038/s41477-018-0204-z


Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz. www.ist.ac.at

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