Kooperation statt Konflikt bei der Genexpression in Pflanzen
Forschungsergebnisse widerlegen die bisherige Annahme eines elterlichen Konflikts bei der embryonalen Entwicklung von Pflanzen. Ein Team um Prof. Dr. Thomas Laux von der Universität Freiburg hat in Zusammenarbeit mit der Universität Nagoya/Japan neue Mechanismen der Pflanzenfortpflanzung aufgezeigt, die sich grundlegend von denen bei Tieren unterscheiden.
Die Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Genes and Development“, nutzte die Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) als Modellorganismus. Sie zeigt, dass Pflanzen bereits wenige Stunden nach der Befruchtung mit der Transkription von Genen beginnen, die die ersten Entwicklungsschritte eines Embryos steuern. Dies steht im Gegensatz zu Säugetieren, bei denen die Transkription in der Zygote zunächst aussetzt und stattdessen mütterliche Gentranskripte und Proteine genutzt werden.
Aktivierung der Embryonalentwicklung
Pflanzen verfolgen eine andere Strategie zur Sicherung der Genexpression in der Zygote. Ein Signalweg zwischen Zellhülle und Zellkern, der durch das Spermium aktiviert wird, führt zur Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors WRKY2. Dieses Protein wiederum aktiviert die Transkription des Meisterregulators WOX8, einem Gen, das die frühe Embryonalentwicklung steuert. Bei der Acker-Schmalwand umfasst dies die Ausbildung der Spross-Wurzel-Achse und die Verteilung der Zellen für das Pflanzenwachstum.
Die vollständige Regulation der WOX8-Transkription erfordert jedoch die Unterstützung zusätzlicher Transkriptionsfaktoren. Diese stammen von den mütterlichen Genen HDG11 und HDG12. Nur die Kombination des spermiumaktivierten WRKY2 mit den mütterlichen HDG-Proteinen gewährleistet den Start der Embryoregulation in der Zygote. Diese Kooperation könnte sicherstellen, dass die Entwicklungsgene des Embryos erst nach der Verschmelzung von Eizelle und Spermium aktiviert werden.
Widerlegung der Konflikttheorie
Die Ergebnisse der Forschungsgruppe widerlegen die bisherige Lehrmeinung der sogenannten „elterlichen Konflikttheorie“, die sowohl für Tiere als auch für Pflanzen angenommen wurde. Diese Theorie besagt, dass die Elternteile bei der Regulation des Embryowachstums konkurrieren, wobei väterliche Gene die Nährstoffversorgung des eigenen Nachwuchses fördern und mütterliche Gene die Ressourcen auf den gesamten Nachwuchs verteilen. Die Studie legt stattdessen ein Modell der Kooperation beider Elternteile bei der Initiierung der embryonalen Entwicklung von Pflanzen nahe.