Ein tieferes Verständnis der pflanzlichen Boten-RNA
Um ihr Verhalten und ihr Wachstum zu koordinieren, müssen Pflanzen zwischen ihren Zellen kommunizieren. Vor kurzem erste entdeckte die Wissenschaft eine Kategorie von Signalmolekülen, die als Boten-RNA (mRNA) bekannt sind und in den Pflanzen zwischen den Zellen wandern. Ihre genaue Natur – und wie sie sich innerhalb der Pflanzen bewegen – war jedoch unklar. „Wir wussten, dass Boten-RNA zwischen Geweben und Zellen wandern können, aber wir wussten nichts über ihre Funktion“, sagt Friedrich Kragler vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie. Im Rahmen des vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanzierten Projekts PLAMORF(öffnet in neuem Fenster) untersuchten die von Kragler angeführten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diese genetischen Informationen, um mehr zu erfahren.
Modellierung und Erforschung der mRNA-Merkmale
Für Kragler ging es hauptsächlich darum, den Mechanismus zu finden, der es einer mRNA ermöglicht, sich zwischen den Zellen zu bewegen, und zu ermitteln, welche Folgen dies für die Pflanze hat. Eine andere Gruppe unter der Leitung von Richard Morris am John Innes Centre(öffnet in neuem Fenster) im Vereinigten Königreich war mit der Modellierung und Analyse der Merkmale von mRNA beauftragt. Eine weitere Gruppe unter der Führung von Julia Kehr an der Universität Hamburg(öffnet in neuem Fenster) konzentrierte sich auf RNA-bindende Proteine, die im Gefäßsystem von Pflanzen vorkommen. Die Arbeit von PLAMORF mündete in mehreren wichtigen Erkenntnissen. Eine davon war, dass RNA-bindende Proteine Kondensate bilden können, eine spezielle Form flüssiger Aggregate, die nach Ansicht der Forscherinnen und Forscher die Zugänglichkeit und Mobilität von mRNA regulieren können, und zwar sowohl um sie zu schützen als auch an andere Stellen in der Pflanze zu bringen. „Diese Kondensate können sich aufgrund veränderter Umweltbedingungen bilden“, so Kragler, etwa durch Dürre und Hitzestress. Ein weiteres wichtiges Ergebnis bestand in der Entwicklung einer neuen Datenbank zur Analyse der Erkenntnisse, nachdem erkannt wurde, dass die ursprüngliche Form ein hohes Maß an Fehlinformationen und möglichen falsch-positive Ergebnissen enthielt. „Da wir wissen, dass das statistische Rauschen relativ stark ist, haben wir der gesamten Gemeinschaft Vorschläge unterbreitet, wie es analysiert werden sollte und wie man dabei richtig vorgeht“, fügt Kragler hinzu. Das hat zwei Jahre an Zeit und viel harte Arbeit gekostet. „Es war eines der komplexesten Dinge, die wir jemals realisiert haben.“ Das Forschungsteam fand ebenfalls heraus, dass eine mangelnde Mobilität der mRNA den Phänotyp der Pflanze verändert, was sich beispielsweise in unterschiedlichen Zeitpunkten der Blütenbildung widerspiegelt. „Das bedeutet, dass diese Mobilität eine Funktion hat, um das Pflanzenwachstum auf eine robuste Weise aufrechtzuerhalten“, erläutert Kragler.
Übertragung genetischer Informationen durch transgene Wurzeln
Über ein wichtiges Projektergebnis wurde in den Medien, darunter auch in mehreren größeren Zeitungen, ausführlich berichtet. Diese auf projekteigenen Methoden und Erkenntnissen beruhende Forschung brachte transgene Wurzeln hervor, die auf andere Pflanzen aufgepfropft werden können und Enzyme liefern, die die genetische Information verändern. Auf diese Weise kann das Genom einer Pflanze derart verändert werden, dass es in der nächsten Generation weitervererbt wird, was die Züchtung vielversprechender Nutzpflanzen, etwa gegenüber dem Klimawandel resilienterer Kulturen, deutlich beschleunigt. „Je nach Spezies können bis zu zwanzig oder dreißig Jahre Zuchtzeit eingespart werden“, berichtet Kragler. Viele andere Gruppen nutzen inzwischen diese Technologie, um ihre Zucht zu verbessern.
Europäische Ernährungssicherheit stärken
Die Erkenntnisse von PLAMORF könnten enorme Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit haben, da sie die Pflanzen resilienter gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels einschließlich Hitze, Wasser und Krankheitserreger werden lassen. „Das Ergebnis ist insgesamt als sehr positiv zu beurteilen, wobei zahlreiche Aspekte sowohl den akademischen Bereich als auch die Technologie und die Industrie betreffen und ebenfalls dazu beitragen werden, Zuchtprogramme in Hinsicht auf zukünftige Herausforderungen in Europa zu beschleunigen“, merkt Kragler an. „Also bin ich eigentlich ganz zufrieden.“
