Die Geheimnisse der Fortpflanzung von Pflanzen lösen – die wachsende Weltbevölkerung ernähren
Die erfolgreiche Samenbildung ist im Leben einer Pflanze ein zentraler Moment, da der Großteil ihres Fortpflanzungserfolges davon abhängt. Ein Samen ist eine komplexe Funktionseinheit, die aus einem langen Prozess von der geglückten doppelten Befruchtung bis zur Samen- oder Fruchtentwicklung hervorgeht.
Verschiedene Aspekte und Phasen der geschlechtlichen Fortpflanzung bei Pflanzen
Die Landwirtschaft soll meistens durch geschlechtliche Fortpflanzung Samen bereitstellen. Diese Samen machen wiederum den Großteil der vom Menschen aufgenommenen Kalorien aus. Außerdem sind sie wichtige Bestandteile von Tierfutter und ein relevanter Ausgangsstoff für hochwertige Produkte, wie Öle, Biotreibstoffe und Proteine, beispielsweise aus Raps, Mais oder Sojabohnen. „Wenn man weiß, welche Aspekte die Fortpflanzung steuern, kann dieser zentrale Faktor der landwirtschaftlichen Erzeugung gezielt so umgestaltet werden, dass die Produktivität steigt, ohne dass mehr Ackerland gebraucht wird“, so Sílvia Coimbra, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts SexSeed. Das Team von SexSeed beschäftigte sich hauptsächlich mit der pflanzlichen Reproduktion – einem grundlegenden, ökonomisch bedeutsamen und experimentell flexiblen biologischen Prozess. Sein Ziel waren neue Erkenntnisse über das Netzwerk, das von SEEDSTICK (STK) kontrolliert wird, einem Transkiptionsfaktor und Hauptregulator der Samenerzeugung. „Arabidopsis thaliana ist ein hervorragendes Modell für die Untersuchung der Samenbildung, weil wichtige samenbildende Nutzpflanzen das gleiche konservierte Entwicklungsprogramm haben“, erklärt Coimbra. Arabidopsis ist eine kleine Blühpflanze, die mit Kohl und Senf verwandt ist und in der Pflanzenbiologie häufig als Modellorganismus herangezogen wird. „Durch den Ausbau unseres Wissens über die Samenbildung bei der Arabidopsis werden wir auch den allgemeinen Kenntnisstand über Samenbildung erweitern und schließlich horizontal auf lebenswichtige landwirtschaftliche Nutzpflanzen übertragen können.“
Welche molekularen Netzwerke steuern die Samenentwicklung?
Das Forschungsteam hat in der Frühphase der Entwicklung (der Samenanlage) verschiedene STK-Gene ausgemacht und charakterisiert. Dann wurden einzelne Interaktionspfade im Zusammenhang mit Befruchtung und Samenbildung herausgearbeitet und als Ansatzpunkte vorgeschlagen. „Durch die Kombination von Transkriptomik und Genetik konnte SexSeed neue Funktionen von STK-Targets finden und so unser Wissen über das Netzwerk erweitern, das die Samenbildung bei Arabidopsis steuert“, ergänzt Coimbra. „Mit diesen wertvollen neuen Informationen können wir nicht nur die Bruttowertschöpfung der Landwirtschaft verbessern, sondern auch die Zusammensetzung der Samen und damit die Erzeugung von Komponenten für hochwertige Produkte aus Samen.“ Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden in annähernd 50 Präsentationen auf verschiedenen internationalen Konferenzen und bei Workshops vorgestellt. „Dank dieses tiefergehenden Bewusstseins für die Steuerungsfaktoren der geschlechtlichen Fortpflanzung wird es möglich werden, zentrale Aspekte der landwirtschaftlichen Erzeugung im Sinne einer höheren Produktivität umzugestalten“, so Coimbra abschließend. „Durch die wachsende Bedeutung von Samen und ihren Produkten für die Menschheit einerseits und die zentrale Rolle von STK bei der Samenbildung andererseits bietet SexSeed großes Potenzial für Europas weltweite Exzellenz und Wettbewerbsfähigkeit.“ Diese Forschungsarbeit wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert.
Schlüsselbegriffe
SexSeed, Samen, Saatgut, Pflanze, Samenbildung, Arabidopsis, SEEDSTICK (STK), Samenerzeugung, pflanzliche Fortpflanzung, pflanzliche Reproduktion, landwirtschaftliche Erzeugung
