Mutter-Kind-Kommunikation

Ein internationales Team um den Freiburger Pflanzenbiologen Prof. Dr. Thomas Laux hat nachgewiesen, dass Mutterpflanzen den Aufbau ihrer Embryonen über das Hormon Auxin beeinflussen. Dieses Ergebnis kann dazu beitragen, dass in Zukunft Pflanzen effektiver, zum Beispiel widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse, gezüchtet werden. Ihre Studie veröffentlichten die Forscherinnen und Forscher im Fachjournal „Nature Plants“.

Entwickeln sich Embryonen im Inneren der Mutter, hängt ihr Wohlbefinden von der Versorgung durch das mütterliche Gewebe ab. Eine Mutation des Muttergewebes kann zur Folge haben, dass sich ein fehlerhafter Embryo bildet. In Samenpflanzen wie zum Beispiel Getreide entwickeln sich die Embryonen parallel zu dem umgebenden Gewebe ihrer Mutterpflanze. Laux und seine Kolleginnen und Kollegen nahmen deshalb an, dass eine Art Kommunikation zwischen der Mutterpflanze und dem Embryo bestehen muss, um die ersten Zellen in ihrer Entwicklung anzuleiten.

Chulmin Park, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Laux, beobachtete, dass sich bei Blüten des Modellorganismus Arabidopsis, der Ackerschmalwand, nach der Bestäubung das Pflanzenhormon Auxin in dem Bereich des Samens anreichert, in dem der Embryo mit dem mütterliche Gewebe verbunden ist. Auxin dient Pflanzen als Signalmolekül in einer Vielzahl von Prozessen wie bei der Organentwicklung oder der Abwehr von Krankheitserregern. Die Freiburger Biologinnen und Biologen wiesen nach, dass die Embryobildung gestört ist, wenn das in den mütterlichen Zellen angesammelte Auxin blockiert wird. Durch künstliche Aktivierung der Auxinbiosynthese in die Embryozellen, die in frühen Entwicklungsstadien dieses Hormon normalerweise noch nicht selbst produzieren können, hielten die Forscher die Entwicklung des Embryos jedoch auch ohne die mütterliche Auxin-Zufuhr aufrecht. Somit haben sie gezeigt, dass die Mutterpflanze über dieses Signalmolekül mit ihrem Nachwuchs kommuniziert und die ersten Schritte von dessen Entwicklung anleitet. Da die Forscher um Laux ähnliche Ergebnisse auch im Mais fanden, gehen sie davon aus, dass der entdeckte Mechanismus bei Pflanzen weitverbreitet ist.

Diese Erkenntnis könnte auch einen Beitrag bei der Optimierung biotechnologischer Pflanzenvermehrung liefern, erklärt Laux: „Pflanzen könnten dadurch in Zukunft vielleicht schneller und effizienter gezüchtet werden, zum Beispiel um sich an ungünstige Umweltbedingungen und den Klimawandel anzupassen.“

Thomas Laux ist Laborleiter am Institut für Biologie III und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg.

Originalpublikation:
Hélène S. Robert, Chulmin Park, Carla Loreto Gutièrrez, Barbara Wójcikowska, Aleš Pěnčík, Ondřej Novák, Junyi Chen, Wim Grunewald, Thomas Dresselhaus, Jiří Friml and Thomas Laux (2018): Maternal auxin supply contributes to early embryo patterning in Arabidopsis. In: Nature Plants. DOI: 10.1038/s41477-018-0204-z