Grundlagenforschung: Architektur von Pflanzen

An der Wageningen University & Research wird zur Entwicklung von Pflanzen mit gezielt ausgeprägten Eigenschaften geforscht. Nun gibt es neue Erkenntnisse zu der Thematik.

An der Wageningen University & Research wird zur Entwicklung von Pflanzen mit gezielt ausgeprägten Eigenschaften geforscht. Bild: GABOT.

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Tomaten auf die gleiche Höhe züchten, damit sie leicht von einem Ernteroboter gepflückt werden können, oder tiefere Wurzeln wachsen lassen, wo der Boden trocken ist. Wissenschaftler der Wageningen University & Research haben gezeigt, wie man Stammzellen an einer bestimmten Stelle stimuliert und solche Anpassungen der pflanzlichen Architektur in Zukunft möglich macht. "Wir sprechen davon, ein einfaches Modell zur Organisation von Stammzellen an einem exakten Ort innerhalb der Pflanze zu erproben", sagt Ben Scheres, Professor für Entwicklungsbiologie. Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Genes & Development veröffentlicht.

Professor Scheres untersucht seit vielen Jahren die Arabidopsispflanze, um zu verstehen, wie Pflanzen ihre Stammzellen in den Samen programmieren und in den Seitenwurzeln umprogrammieren. "Stammzellen produzieren neues Pflanzengewebe und bilden während der gesamten Lebensdauer der Pflanze immer wieder neue Blätter, Blüten und Wurzeln. Unsere Forschung zeigt, dass zwei sehr unterschiedliche Systeme in der Pflanzenwurzel zusammenarbeiten, um sehr präzise zu bestimmen, wo sich diese Stammzellen befinden sollten."

Flexible Systeme

"Die beiden Systeme sind äußerst flexibel. Das eine reagiert ständig auf die Menge des immer im Umlauf befindlichen Pflanzenhormons Auxin, das andere auf die sich verändernde Bewegung eines Proteins an verschiedenen Stellen wie den Wurzelspitzen, in neu entwickelten Seitenwurzeln und bei der Regeneration von beschädigten Wurzeln", sagt Scheres. "Dieses Wissen wird uns letztendlich helfen, die Architektur der Anlage anzupassen und eine Vielzahl neuer Anwendungen für Landwirtschaft und Gartenbau zu schaffen."

Drei Forschungslinien

Diese Arbeit vereint drei Linien einer jahrelangen Grundlagenforschung. Die erste betrifft das Hormon Auxin und die Stammzellen, ein System zur Positionsbestimmung, das von oben nach unten funktioniert und die Entwicklung der Stammzellen beeinflusst. "Wir haben dieses Wissen nun mit den Ergebnissen einer Studie über die Rolle des Gefäßbündels bei der Stammzellenentwicklung kombiniert", erklärt Scheres. "Dieses Positionsbestimmungssystem funktioniert von innen nach außen." Die beiden Systeme scheinen zusammenzuarbeiten, um eines der am besten beschriebenen Stammzellgene in der Wurzel einzuschalten, ein Organisator-Gen namens WOX5, das eine Schlüsselrolle bei der Aufbewahrung von Stammzellen spielt.

Stammzellen in den Wurzelspitzen

Der Agrarsektor ist ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, Pflanzen mit höherem Ertrag und höherer Produktion zu entwickeln. "Tiefere Einblicke in das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze sind in diesem Zusammenhang unerlässlich", so Scheres weiter. "Wenn man eine Wurzelspitze abschneidet, kann man die Stammzellen tatsächlich unter dem Mikroskop sehen. Die neue Forschung ermöglicht es uns zu verstehen, wie neue Stammzellen programmiert werden. Dieses Wissen kann auch dazu beitragen, die Regeneration von Pflanzen aus sich vermehrenden Zellen, ein wichtiger Prozess im Gartenbau, durch die Gene zu steuern".

Der nächste Schritt für das Forschungsteam besteht darin, die Architektur einer Pflanze tatsächlich zu verändern. "Wir haben diesbezüglich bereits einige Ideen, obwohl ich an dieser Stelle keine konkreten Beispiele nennen kann. In Zukunft können wir vielleicht vom Reißbrett aus vorhersagen: 'So werden mehr und dickere Wurzeln gebildet' oder 'Das ermöglicht es uns, alle Blätter auszurichten'."

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