Forscher helfen bei der Entschlüsselung des Geheimnisses um den Doppelbefruchtungsprozess bei Blütenpflanzen
Biologen in Japan, im Vereinigten Königreich und in den USA haben entdeckt, dass das Gen DUO POLLEN1 (DUO1) eine wichtige Rolle beim Doppelbefruchtungsprozess von Blütenpflanzen spielt. Die neue, in der Fachzeitschrift PLoS Genetics veröffentlichte Studie erweitert unser Wissen beträchtlich über einen Prozess, der ganz wichtig für den Evolutionserfolg von Blütenpflanzen ist, und über den bisher nur wenig bekannt war. Der die Studie leitende Professor David Twell von der Universität Leicester im Vereinigten Königreich erklärte, dass Blütenpflanzen im Gegensatz zu Tieren nicht eine sondern zwei Samenzellen zur erfolgreichen Befruchtung benötigen: "Eine Samenzelle zur Vereinigung mit der Eizelle für die Erzeugung des Embryos und die andere zur Vereinigung mit der Zentralzelle zur Erzeugung des nährstoffreichen Endospermgewebes im Samen", berichtete er. Der Studie zufolge war das große Geheimnis bei diesem Doppelbefruchtungsprozess "wie jedes einzelne Pollenkorn das zur Fruchtbarkeit und Samenproduktion erforderliche Samenzellenpaar erzeugen kann". Das Team untersuchte die häufig in der Pflanzenbiologie studierte Pflanze Arabidopsis und fand heraus, dass das DUO1-Gen eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Vorläufer-Fortpflanzungszellteilung von Arabidopsis zu Doppelsamenzellen spielt. In der Tat spielt das Gen eine doppelte Rolle und fördert sowohl die Teilung der Samenvorläuferzellen als auch deren Sonderfunktion als Samenzellen. Konkret zeigten die Forscher, dass DUO1 sowohl zur Erzeugung eines die Zellteilung kontrollierenden Proteins als auch zur Aktivierung der zur Differenzierung und Befruchtung von Zellen erforderlichen Gene benötigt wird. Es ist also tatsächlich zum "Einschalten" der Befruchtungsfähigkeit bei den Samenzellen einer Pflanze zuständig. Darüber hinaus fand das Team heraus, dass dem DUO1 sehr ähnliche Gene auch in vielen verschiedenen Pflanzen, einschließlich Moos, vorhanden sind. Dies lässt darauf schließen, dass DUO1 Teil eines Samenzellregulierungsnetzes sein könnte, das vor der Entwicklung von Pollen und Blumen entstanden ist. Wie die Studie nahe legt, könnte weitere Forschung auf diesem Gebiet "Licht auf die Evolution von Regulationsmechanismen in der Entwicklung der Pflanzenkeimbahn (also des Keimzellstammbaums) und ihrer Bedeutung für die Doppelbefruchtung bei Blütenpflanzen werfen". Die Forscher hoffen auch mit weiteren Analysen klären zu können, wie DUO1 seine Ziele aktiviert und wie DUO1 selbst aktiviert wird. Durch Identifizierung der Rolle von DUO1 bei der Keimzellspezifizierung sollte die Entwicklung eines detaillierten Regulationsnetzes für die männliche Gametogenese (den Prozess, durch den Zellen in Samen oder Eiern differenziert werden), so die Spekulation, "und für Vergleichsstudien zur Regelung von Samenzellproduktion" möglich sein. Zusammen mit der vor kurzem vorgenommenen Beschreibung eines unabhängigen Mechanismus zur männlichen Keimzellzyklusregulation durch das Team fördern die neuen Erkenntnisse unser Verständnis der an erfolgreicher Pflanzenvermehrung und Samenproduktion beteiligten molekularen Mechanismen ganz erheblich. "Diese Arbeit gewährt erstmals molekularen Einblick in die Mechanismen, durch die Zellzyklusweiterentwicklung und Gametendifferenzierung in Blütenpflanzen koordiniert werden" lautet die Schlussfolgerung der Studie. Professor Twell fügte hinzu, dass die Studie bei der Klärung der Evolutionsursprünge von Pflanzensamenzellen und beim Anbieten neuer molekularer Hilfsmittel zur Manipulierung von Pflanzenfruchtbarkeit und Hybridsamenproduktion hilfreich sein könnte. Zudem könnte die Arbeit die Regelung des Genflusses bei gentechnisch verändertem Erntegut unterstützen, wobei der männliche Beitrag unter Umständen eliminiert werden muss ("männliche Sterilität" bei Pflanzen bringt einige kommerzielle Vorteile wie längere Haltbarkeitsdauer für Blumen).
Länder
Japan, Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten