Eine Frage der Konzentration

Pflanzen können mit Hilfe von pluripotenten Stammzellen ein Leben lang komplette neue Organe bilden. Solche Stammzellen entwickeln sich bei Bedarf zu jedem beliebigen Zelltyp eines Organismus. Die Arbeitsgruppe des Freiburger Pflanzenbiologen Prof. Dr. Thomas Laux hat untersucht, wie die Balance zwischen Stammzellen und spezialisierten Zellen bei Pflanzen reguliert wird. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Konzentration so genannter ARGONAUTE-Proteine wie AGO1 und ZLL/AGO10. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin „Plant Communications“ veröffentlicht; Erstautor ist Dr. Fei Du.

Anhand der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand, untersuchen die Wissenschaftler, wie die Konzentration von ARGONAUTE-Proteinen das Verhältnis von Stammzellen zu differenzierten Zellen wie Blüten- oder Blattzellen beeinflusst. AGO1 und ZLL/AGO10 sind zentrale Schaltstellen bei der RNA-Interferenz: Dabei wird die Übertragung genetischer Information gehemmt. AGO1 zerstört Boten-RNA, die für die Erhaltung von Stammzellen notwendig sind, und fördert damit die Zelldifferenzierung, also die Entwicklung in spezialisierte Zelltypen. Die Arbeitsgruppe von Laux hat herausgefunden, dass bei einer erhöhten Konzentration von AGO1 das genaue Gegenteil passiert: Das Protein schützt die Boten-RNA vor dem Abbau. Es verhindert dadurch, dass sich die Zellen differenzieren und fördert die Erhaltung der Stammzellen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Balance zwischen Stammzellen und differenzierten Zellen von der genauen Konzentration der ARGONAUTE-Proteine abhängig ist. Deren Aktivität wandelt sich ins Gegenteil um, wenn die Konzentration einen Grenzwert übersteigt. Wissenschaftler könnten die Proteine biotechnologisch einsetzen: bei der Kultivierung von Stammzellen oder der Organbildung. Mit Hilfe von wenigen kultivierten Stammzellen können sie beispielsweise Pflanzen vermehren, die sich besser an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Thomas Laux ist Laborleiter am Institut für Biologie III und Mitglied des Exzellenzclusters CIBSS Centre of Integrative Biological Signalling Studies der Universität Freiburg."

Originalveröffentlichung
Du, Fei et al. (2019): Dose-dependent AGO1-mediated Inhibition of the miRNA 165/166 Pathway Modulates Stem Cell Maintenance in the Arabidopsis Shoot Apical Meristem. In: Plant Communications. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xplc.2019.100002