"Nature"-Titelstory: Auch bei Pflanzen tickt die Embryo-Sanduhr

Prof. Dr. Ivo Große (Universität Halle-Wittenberg, links) und Dr. Marcel Quint (Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie) mit einem Exemplar der Ackerschmalwand im Rechenzentrum der Uni Halle. Quelle: Foto: Uni Halle, Maike Glöckner (idw)

Mit ihren bahnbrechenden Arbeiten zum pflanzlichen Sanduhr-Modell der embryonalen Entwicklung haben die halleschen Wissenschaftler um Dr. Marcel Quint und Prof. Dr. Ivo Große es bis auf die Titelseite des renommierten Magazins „Nature“ geschafft. Die Erkenntnisse der beiden Forscher des Leibniz-Institutes für Pflanzenbiochemie (IPB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sorgen weltweit für Aufsehen und leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis eines grundlegenden Entwicklungsprinzips sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich.

An der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) zeigten Dr. Marcel Quint (IPB) und Prof. Dr. Ivo Große (MLU), dass diese in ihrer Entwicklung von der befruchteten Eizelle zum reifen Embryo eine Phase höchster genetischer Kontrolle durchläuft ("Nature"-Ausgabe vom 4. Oktober 2012 , DOI 10.1038/nature11394). Evolutionär junge, wandelbare Gene werden in dieser Phase stillgelegt, während die alten, wenig wandelbaren (konservierten) Gene aus Bakterien und Algen aktiv bleiben.

„Befruchtete Eizellen können selbst zwischen nah verwandten Arten sehr unterschiedlich sein, dann werden die sich entwickelnden Embryonen ähnlicher und ähnlicher, bis sie irgendwann fast ununterscheidbar sind. Und dann platzt aus ihnen die Biodiversität hervor, die wir auf unserem Planeten vorfinden." So beschreibt MLU-Bioinformatik-Professor Ivo Große das Sanduhr-Prinzip, das für die Tierwelt seit langem bekannt ist.

Dr. Marcel Quint, Biologe am IPB , hatte die Idee, das Ganze auch bei Pflanzen zu untersuchen. „Die Evolution hat zweimal unabhängig voneinander Embryogenese entwickelt", sagt Quint. „Das Ziel ist jeweils das gleiche: die Koordination der Entwicklung von der Eizelle bis hin zum komplexen Organismus. Aber die Grundvoraussetzungen sind unterschiedlich. Pflanzenzellen haben zum Beispiel Zellwände, tierische Zellen nicht. Wir fragten uns: Gibt es dennoch Gemeinsamkeiten? Muster, die für Tiere und Pflanzen essentiell sind, damit ein Individuum durch die Embryogenese kommt?"

Die Antwort lautet ganz klar: Ja. Tierische und pflanzliche Embryonen müssen, wenn ihr jeweiliger Bauplan angelegt wird, durch ein und dasselbe Nadelöhr schlüpfen - und sie tun das auf ein und dieselbe Art und Weise. Die evolutionär jungen Gene werden weitestgehend ausgeschaltet, während die alten, hochkonservierten Gene aktiv bleiben. Der Befund ist ein weiterer Beweis für ein konvergentes Fortschreiten der Evolution.

Diese Erkenntnis - ein Meilenstein in der Evolutionsforschung - hielt man in der „Nature"-Redaktion für so grundlegend, dass man sich entschloss, das Thema zur Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe zu machen. Das Cover zeigt viele verschiedene Pflanzenarten, die sich in einer Phase verblüffender Ähnlichkeit durch die Engstelle einer Sanduhr zwängen. Für die grafische Gestaltung sorgten die „Sisters of Design" (http://www.sistersofdesign.de) - aus Halle.

Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (idw)