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Wissenschaftler erforschen Gen für Wurzelbildung in Pflanzen

Ein internationales Forscherteam beschäftigte sich näher mit einem Gen, das in Pflanzen die Ausbildung von Wurzeln steuert. Die neuen Erkenntnisse werden von großer Tragweite für die Pflanzenzucht sein und könnten durchaus Umweltbelastungen in der Landwirtschaft verringern und...

Ein internationales Forscherteam beschäftigte sich näher mit einem Gen, das in Pflanzen die Ausbildung von Wurzeln steuert. Die neuen Erkenntnisse werden von großer Tragweite für die Pflanzenzucht sein und könnten durchaus Umweltbelastungen in der Landwirtschaft verringern und Ernteerträge verbessern. Wahrscheinlich würden auch die Stammzellen- und die Krebsforschung an Tieren davon profitieren, berichteten Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift Science. Die Wissenschaftler aus Belgien, Deutschland, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten analysierten die Mechanismen der etablierten Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) und entdeckten, dass das Gen ARABIDOPSIS CRINKLY4 (ACR4) offenbar bestimmt, welche Zellen die Wurzelbildung übernehmen. ACR4 kodiert für das häufig auf der Zelloberfläche vorhandene Protein ACR4. Als Rezeptor nimmt es Signale von außen auf, z.B. über die Bodenbeschaffenheit, und transportiert diese dann zu den Kontrollmechanismen ins Zellinnere. Um ihre Vermutungen zu bestätigen, schalteten die Forscher das Gen ACR4 aus und konnten so eine Störung des Wurzelwachstums beobachten. Wurzeln werden aus Stammzellen im Innern der Wurzel gebildet. Diese Stammzellen durchlaufen eine asymmetrische Zellteilung. Normalerweise entstehen bei der Zellteilung zwei identische Zellen, bei der asymmetrischen Zellteilung hingegen werden - wie der Name schon andeutet - zwei unterschiedliche Zellen gebildet. Die eine ist eine hundertprozentige Kopie der Stammzelle und behält ihre Pluripotenz. Die andere spezialisiert sich zur sekundären Wurzelzelle. Diesen speziellen Mechanismus haben die Forscher durch das Ausschalten des Gens ACR4 unterbrochen. Durch genauere Kenntnisse dieses Prozesses sei es nun möglich, die Wurzelformation zu beschleunigen oder zu verlangsamen, sagen die Wissenschaftler. Beide Strategien können sinnvoll in der Landwirtschaft eingesetzt werden, da das Wurzelsystem in entscheidendem Maße das Wachstum und die Gesundheit der Pflanzen beeinflusst: ein extensives Wurzelsystem erleichtert der Pflanze die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser aus dem Boden. Dadurch benötigt die Pflanze nicht nur weniger Düngemittel und wächst besser auf trockenen und unfruchtbaren Böden, sondern kann sich auch besser im Boden verankern und Bodenerosionen entgegenwirken. Auch die Verlangsamung der sekundären Wurzelausbildung kann als Strategie eingesetzt werden. Auf diese Weise investieren Pflanzen wie Kartoffeln oder Zuckerrüben eher in die Produktion von Nährstoffen als in die Wurzelbildung. Gleichzeitig erleichtert ein weniger extensives Wurzelsystem den Erntevorgang. Die Erkenntnisse können auch Einfluss auf die Stammzellen- und Krebsforschung an Tieren haben, da die Mechanismen der Stammzellspezialisierung und der krankhaften Zellteilung bei Tieren und Pflanzen ähnlich sind. "Pflanzen und Tiere brauchen die asymmetrische Zellteilung für die ordnungsgemäßen Zellabläufe, für Wachstum und Reproduktion", schreiben die Wissenschaftler in ihrem Artikel in Science. "Beispielsweise ist der asymmetrische Zellteilungsmechanismus ein Schlüsselfaktor bei der Stammzellaktivität, und jüngste Studien deuten auf krebsähnliche Zellprozesse hin, wenn die asymmetrische Teilung ausbleibt."

Länder

Belgien, Deutschland, Vereinigte Staaten