Die Formgebung von Blättern
Wenn ein Samen keimt sind die ersten jugendlichen Blätter zunächst eine andere Form als ihre erwachsenen Nachfolger. Dieses Phänomen wird als Heteroblastie bezeichnet. Die Steuerung der Heteroblastie durch genetische und Umweltfaktoren ist äußerst wichtig, da Form und Position eines Blattes bestimmen, wie gut es Kohlenhydrate bilden kann. Im Rahmen des Projekts HEMOTIONAL ("Heteroblasty modelling: The timetable of ontogeny in Arabidopsis leaves") konnte die genetische und chemische Steuerung von Blattform und -größe erfolgreich bestimmt werden. Hierfür verglichen die Wissenschaftler Entwicklungsmodelle für das erste Blatt mit dem für Blatt sechs der Modellpflanze Arabidopsis, gemeinhin als Ackerschmalwand bekannt. Mithilfe der Daten von einem Arabidopsis-Modell konnte die Theorie untermauert werden, dass sich das Wachstum im gesamten Blatt verlangsamt, weil ein einziger Wachstumshemmer mit der Zeit zunimmt. Die Wissenschaftler entwickelten außerdem Software, um das Wachstum und die Zellteilung zu untersuchen. Die Daten zeigen keine direkte Beziehung zwischen Geschwindigkeit der Zellteilung und Wachstum auf, lassen aber darauf schließen, dass sie durch die gleichen Morphogene gesteuert werden. HEMOTIONAL untersuchte auch, wie an der Heteroblastie beteiligte Gene das Wachstum beeinflussen können. Eine Zeitraffer-Mikroskopie-Plattform wurde mit Fluorophoren bestückt, die Zellkonturen oder auch jedes durch Hitzeschocks aktivierbares Gen von Interesse markieren. Die Konstruktion wird noch getestet und validiert. Da auf Agar gezüchtete Arabidopsis-Pflanzen viel kleiner als ihre im Boden wachsenden Gegenstücke sind, untersuchte das Team auch die Auswirkungen von unterschiedlichen Umweltbedingungen. Auf Agar wachsende Pflanzen zeigten eine schwächere Heteroblastie. Bei der Verpflanzung in den Boden in verschiedenen Entwicklungsstadien konnte beobachtet werden, dass heteroblastische Variationen beim Blattwechsel frühzeitig in der Blattentwicklung festgelegt werden. Die Blattgröße wird jedoch durch Veränderungen der Umweltfaktoren bestimmt. Die Ergebnisse aus HEMOTIONAL können zu den Bemühungen um die globale Ernährungssicherheit beitragen. Blattentwicklung und Wachstum sind wichtige Bereiche für die Lösung der weltweiten Nahrungsmittelknappheit und die Informationen können auch verwendet werden, um die mildernde Wirkung des Pflanzenwachstums auf den Klimawandel zu prognostizieren.
Schlüsselbegriffe
junge Blätter, erwachsene Blätter, Wachstum, Form, Morphogene, Arabidopsis, Lebensmittelsicherheit, Klimawandel
