Von der Blüte zur Frucht – Erforschung genetischer Schaltkreise
Die Blütenbildung ist ein sehr komplexer Prozess mit vegetativen und reproduktiven Wachstumsphasen. Das EU-finanzierte Projekt "Training in systems biology applied to flowering" (SYSFLO) betrachtete nun in einem systembiologischen Ansatz die daran beteiligten genetischen Schaltkreise. Schwerpunkt von SYSFLO war sowohl die Schulung von neun Nachwuchswissenschaftlern (ESR) als auch der Einsatz modernster Methoden für Datenerfassung und Analyse, mit denen das Modell der Blüte von Arabidopsis thaliana erstellt wurde. Vor allem konzentrierte man sich auf Hauptregulatoren des Schaltkreises, der die Blütenbildung kontrolliert. Diese bereits identifizierten Gene haben Einfluss auf viele biochemische Kaskaden. Die Komplexität besteht darin, dass die veränderte Expression einiger weniger Schlüsselgene Tausende nachgeschalteter Gene betrifft. Außerdem arbeiten mitunter wichtige Transkriptionsfaktoren zusammen. Zum Beispiel bilden APETALA 1 1 (AP1) und SEPALLATA 3 (SEP3) einen Komplex, der Gene beeinflusst, die den Blattstand und damit die Blütenposition regulieren. Der SEP3-SEEDSTICK (STK)-Komplex wiederum kontrolliert das Gen VERDANDI, das eine wichtige und unmittelbare Rolle bei der Befruchtung spielt. Ferner zeigten Analysen von SEP1-4, AP1 und STK, dass diese Gene sich, abhängig vom Stadium der Befruchtung und Blüte, teilweise überlappen, aber auch zusammen agieren können. Dieses robuste System ermöglicht offenbar den Entwicklungsprozess in Abhängigkeit von Umweltsignalen. Das Team untersuchte auch die Rolle von Pflanzenhormonen, insbesondere Gibberellinen (GA). Wie Experimente zeigten, sind GA dem FT-Promotor (floral transition promoter) im Blattgewebe vorgeschaltet. Allerdings ist der GA-Effekt im apikalen Triebmeristem, in dem sich die Zellen aktiv teilen, FT nachgeschaltet. SYSFLO schulte ein Team hochqualifizierter Nachwuchswissenschaftler in der Datenerhebung und -analyse zur Modellierung komplexer biologischer Systeme. Forschungen zum Blüh- und Reproduktionsprozess sind für Landwirtschaft und Gartenbau von Bedeutung, vor allem für die Züchtung von Saatgut und die Obstproduktion. Möglicherweise ist der systembiologische Ansatz auch auf viele andere komplexe Regulationsprozesse in biologischen Systemen übertragbar.
Schlüsselbegriffe
Blüte, Ausbildung, genetische Schaltkreise, Systembiologie, Modell, genetische Regulatoren, Transkriptionsfaktor, Gibberelline
