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Früchte unter genetischer Kontrolle

Wir alle mögen Früchte und es erscheint uns selbstverständlich, dass ihre wichtigste evolutionäre Aufgabe darin besteht, Samen zu verbreiten. Forscher haben die Genetik der molekularen Maschinerie untersucht, die hinter der Vielzahl von Mechanismen steht, um Samen weit weg von ihren Eltern zu verbreiten.
Früchte unter genetischer Kontrolle
Das EU-finanzierte Forschungsprojekt FRUIT LOOK hat sich mit der Genetik und den Gen-Netzwerken befasst, die hinter der Fruchtbildung bei so unterschiedlichen Pflanzen wie Arabidopsis thaliana und ihrem Vorfahren, dem Moos Physcomitrella patens, stehen. Bei der Sichtung von Big Data nach Anzeichen von Gen-Netzwerken untersuchte das Team auch Solanum (Tomate), Antirrhinum und Nicotiana-Arten.

Synergie in Verbindung mit komplementärer Expertise

In Nordamerika und Europa haben sechs Partner ihre Fachkenntnisse in verschiedenen Forschungsbereichen wie Reproduktionsbiologie, Entwicklungsgenetik, funktionelle Genomik und Molekulargenetik bereitgestellt und damit eine hervorragende Plattform und ein Umfeld für die Ausbildung junger Forscher geschaffen.

Unterstützt durch eine interkontinentale Austauschplattform nutzten die Mitglieder genomische Werkzeuge, ChIP-Analysen, Protein/Protein-Interaktionen und Hormon-Homöostase-Manipulationen, um die Mechanismen der Fruchtbildung, des Wachstums und der Reifung zu klären. Projektkoordinatorin Prof. Simona Masiero betont: „Der Erfolg dieses Programms führte zu einer Zusammenarbeit, die über den Rahmen eines einzelnen Projekts hinausging, und viele Mitarbeiter aus beiden Kontinenten werden jetzt und in Zukunft davon profitieren.“

Fruchtbare Entwicklungen in Struktur und Funktion

Im einfachsten Fall hat sich die Frucht entwickelt, um ihre Samen zu schützen und ihre Verbreitung und ihr Wachstum sicherzustellen. Früchte entstehen aus dem befruchteten reifen Gynoeceum, obwohl vor allem bei fleischigen Früchten zusätzliche Blütenbestandteile benötigt werden.

FRUIT LOOK hat erfolgreich zur Verdeutlichung der molekularen, genetischen und physiologischen Netzwerke beigetragen, die die Fruchtbildung und das Wachstum in Arabidopsis thaliana regulieren. Die Informationen wurden auf wichtige landwirtschaftliche Kulturen, Tomaten, Tabak und verschiedene Hülsenfrüchte, übertragen.

Fruchtmorphologie und -funktion hängen weitgehend von der Ausbildung des Gynoeceums der Pflanze ab, welches den Ovar enthält, der sich nach der Befruchtung zur Frucht entwickelt. Die Forscher von FRUIT LOOK generierten Mutanten hoher Ordnung aus bereits bekannten Regulatoren, um genetische Beziehungen zwischen ihnen herzustellen. Die Ergebnisse zeigen, dass von diesen Regulatoren molekulare Kaskaden ausgehen.

Die Horomone treten wieder in Aktion!

Neben der Wirkung genetischer Regulatoren verhalten sich Hormone wie Auxin, Cytokinin und Gibberellin als Morphogene bei der Bildung des Gynoeceums. Die Wissenschaftler haben neue Rollen für die Auxin-Homöostase innerhalb der Blüte zugewiesen, wobei auch eine weitere Rolle für Abscisinsäure entdeckt wurde.

Die Gruppe konzentrierte sich auf Abscisinsäure und ihre Rolle bei der Befruchtung und Reifung.

Datenbank-Hub und Netzwerke

Als Beispiel für den Big Data-Ansatz hat die Forschungsgruppe Solcyc verwendet, eine Datenbank für die manuelle Kuratierung von metabolischen Netzwerken in spezifischen Datenbanken der Familie der Nachtschattengewächse – dazu zählen Kartoffeln, Tomaten, Paprika und Tabakpflanzen.

Die Arbeiten des Konsortiums FRUIT LOOK orientieren sich insgesamt an einem systembiologischen Ansatz. Durch die Zusammenführung von Daten über Fruchtbildungsregulatoren haben die Forscher vorgelagerte Regulatoren und ihre Zielgene identifiziert, um detaillierte Netzwerke aufzubauen.

Vermächtnis der FRUIT LOOK Ausbildung

FRUIT LOOK hatte eine sehr große Bedeutung für alle beteiligten Forscher, sowohl für Nachwuchsforscher als auch für erfahrene Forscher. „Die Nachwuchsforscher erhielten die Möglichkeit, ausländische Labore zu besuchen und in Hightech-Forschungseinrichtungen zu arbeiten“, betont Prof. Masiero. Doktoranden erhielten die Möglichkeit, ihre eigenen Daten zu generieren und an der Analyse mitzuarbeiten.

Die Qualität der Ausbildung der Forscher lässt sich an der Zahl der durchgeführten Forschungsarbeiten ablesen. Bisher haben zwei Nachwuchsforscher eine Stelle als Doktoranden gefunden, eine Studentin hat ihre Doktorarbeit abgeschlossen und drei haben Postgraduiertenstellen erhalten. Drei Veröffentlichungen in begutachteten Fachzeitschriften decken ein breites Themenspektrum ab: Musterbildung bei Embryonen, Auxin-Sensorik und -Kontrolle, Meristem-Stillstand und metabolische Netzwerke. Zwei weitere Artikel befinden sich in Überarbeitung.

Prof. Masiero fasst den Erfolg von FRUIT LOOK folgendermaßen zusammen: „FRUIT LOOK hat wesentliche Fortschritte bei den für Pflanzenzüchter zentralen Prozessen, wie z. B. der Fruchtreifung und der Samen-Frucht-Interaktion, erzielt.“ Durch seinen Schwerpunkt auf Pfaden, die die reproduktive Entwicklung steuern, erhält dieses Projekt eine weitere Bedeutung, da der Klimawandel und der weltweite Anstieg der Nahrungsmittelpreise es besonders erforderlich machen, dass sich die Ressourcen auf den Erhalt und die Verbesserung der Ernährungssicherheit konzentrieren.

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

FRUIT LOOK, Frucht, Netzwerk, Gen, Regulator, Auxin, Abscisinsäure
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