Studie zur Regulation der Samenruhe bei Pflanzen / Wissenschaftler entschlüsseln Proteinfunktion

13.07.2017, 13:18 | Wissenschaft | Autor: | Jetzt kommentieren


Die Samenruhe entscheidet darüber, ob Pflanzen sich erfolgreich vermehren. Ein internationales Team um Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung und der Universität Münster hat nun neue Erkenntnisse zur molekularen Steuerung. Unter anderem zeigen die Forscher, wie zwei Signalwege, die zur Samenruhe führen, miteinander verknüpft sind.

Für Pflanzen ist die Samenruhe von besonderer Bedeutung. Sie entscheidet mit darüber, ob die Fortpflanzung erfolgreich ist: Die Samenruhe bewirkt, dass ein Samen nicht außerhalb der Saison keimt, beispielsweise bei warmen Wetter im Winter, sondern erst dann, wenn die Umweltbedingungen für die Keimlinge besser sind. Ein internationales Forscherteam um Dr. Wim Soppe vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln, Dr. Guillaume Née und Prof. Dr. Iris Finkemeier von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) hat nun erstmals gezeigt, welche Rolle ein Protein namens "DOG1" im Zusammenspiel mit regulatorischen Enzymen bei der Steuerung der Samenruhe spielt. DOG1 steht für "delay of germination" ("Verzögerung der Keimung"). Die Studie ist aktuell im Fachmagazin "Nature Communications" online veröffentlicht.

"Die Samenruhe wird durch eine innere Uhr der Pflanzen und durch Umwelteinflüsse gesteuert. Der Mensch hat diese Steuerung bei vielen Nutzpflanzen durch Züchtungen beeinflusst", erläutert Guillaume Née (WWU, MPIPZ), Erstautor der Studie. Um eine schnelle und gleichmäßige Keimung der Samen zu gewährleisten, wurden Zuchtpflanzen mit einer geringen Samenruhe selektiert. "Die Samenruhe darf aber nicht zu kurz sein. Sonst kann es ungewollte Nebeneffekte geben. Beispielsweise kommt es vor, dass Gerstensamen noch an der Mutterpflanze keimen – damit sind sie unbrauchbar", so Guillaume Née. Zu wissen, wie die Samenruhe reguliert wird, sei also auch für die Züchtung in der Landwirtschaft von Interesse. "Je besser wir die molekularen Prozesse kennen, desto gezielter können wir sie beeinflussen", sagt er.

Die Regulation der Samenruhe wird seit Langem erforscht und ist in Teilen bereits bekannt. Unter anderem wissen Wissenschaftler, dass DOG1 und das Pflanzenhormon Abscisinsäure beteiligt sind. Je mehr DOG1-Protein in der Pflanze gebildet wird, desto länger dauert die Samenruhe. Ist das Protein nicht vorhanden, gibt es überhaupt keine Samenruhe – die Keimung erfolgt sofort. Während die Funktion der Abscisinsäure recht genau bekannt ist, war die molekulare Funktion von DOG1 bisher unklar.

Die Wissenschaftler klärten nun erstmals am Beispiel der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) das Zusammenspiel von DOG1 mit zwei verschiedenen Protein-Phosphatasen, speziellen regulatorischen Enzymen des Abscisinsäure-Signalwegs, auf. Mithilfe von genetischen Analysen und durch umfassende Protein-Protein-Interaktionsstudien belegte das Forscherteam, dass DOG1 die Funktion beider Phosphatasen hemmt. Beide Phosphatasen spielen also eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Samenruhe. "Diese Arbeit beantwortete die seit Langem unbeantwortete Frage, wie der DOG1-Signalweg und der Abscisinsäure-vermittelte Signalweg, die beide zur Samenruhe führen, miteinander verbunden sind", unterstreicht Guillaume Née.

Die Arbeit wurde von der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.

Originalpublikation:

Née G. et al. (2017): Delay of germination requires PP2C phosphatases of the ABA signalling pathway to control seed dormancy. Nature Communications 8, Article number: 72; doi:10.1038/s41467-017-00113-6

Quelle: idw


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