uni'wissen 02-2012

Mit der Befruchtung einer Eizelle startet ein genetisches Programm, das den Organis- mus heranreifen lässt und ihn auf die Widrig keiten der Umwelt vorbereitet. Nicht nur in den ersten Tagen eines Embryos, sondern über das ganze Leben hinweg spielen hierbei Stamm zellen eine entscheidende Rolle. Sie sind die Generalisten unter den Zellen: Sie können sich in andere Zelltypen umwandeln und auf diese Weise Organe bilden oder im Austausch gegen beschädigte Zellen zum Einsatz kommen. Daher setzen Mediziner und Patienten große Hoffnun- gen auf Stammzelltherapien, wenn es um die Behandlung von Krankheiten wie Parkinson oder Querschnittslähmung geht. Der Freiburger Bio loge Prof. Dr. Thomas Laux hat gezeigt, dass nicht nur Menschen und alle Tiere, sondern auch Pflanzen Stammzellen besitzen, die sich in spe- ziellen Nischen befinden und von den Nachbar- zellen reguliert werden. Während ihres Lebens, das bei manchen Bäumen länger als tausend Jahre dauern kann, können Pflanzen dank dieser Stammzellen Wurzeln in die Erde treiben und Zweige, Blätter und Blüten hervorbringen. Noch vor 20 Jahren war es ein Rätsel, mittels welcher Mechanismen Pflanzen es schaffen, über lange Zeiträume weiterzuwachsen und neue Organe zu bilden. Laux wollte seine Erfahrungen, die er während seiner Promotion über die Bioche- mie von Tieren gesammelt hatte, nutzen, um dieses Mysterium zu ergründen. „Damals herrschte die Auffassung, dass Pflanzen keine speziellen Stammzellen hätten – angesichts der Wachstums- leistung wäre dies verwunderlich“, sagt Laux. Als Objekt seiner Studien wählte er die unscheinbare Der Entwicklungsbiologe Thomas Laux entschlüsselt genetische Mechanismen, die erklären, wie Pflanzen wachsen und reifen Stammzellen lassen Pflanzen sprießen von Hinnerk Feldwisch-Drentrup Pflanze Arabidopsis thaliana, auch Acker-Schmal- wand genannt. Sie gilt als Unkraut, hat es in der Wissenschaft aber als Modellorganismus zu einer steilen Karriere gebracht: Die Acker-Schmalwand pflanzt sich rasch fort, ist genügsam und hat eine geringe Anzahl an Genen. Eine Nische für Stammzellen Wenn Pflanzen tatsächlich über Stammzellen verfügen, müssen diese sich in den Meristemen befinden. Diese Gewebe bilden bei Pflanzen neue Organe wie Blüten, Blätter, Stamm und Wurzeln. Daher befinden sie sich an den Wurzel- und Sprossspitzen sowie im Stamm. Um zu untersuchen, welche Gene die Stammzellen regulieren, fragte sich Laux, wie sich Pflanzen entwickeln würden, wenn sie aufgrund eines Gendefektes keine Stammzellen bilden oder erhalten könnten. Anhand von klassischen Experi- menten, die in der Literatur beschrieben waren, erkannte Laux, dass sich die ersten beiden Blätter aus einem Meristem unabhängig von den Stammzellen bilden. Diese treten erst in Aktion, wenn die Pflanze weitere Blattanlagen hervor- bringt. Die Idee war nun, dass die Pflanzen ohne Stammzellen den zweiten Schritt nicht steuern können und immer wieder das ursprüngliche Programm anwerfen, also zwei Blätter wachsen lassen. Tatsächlich fanden sich mutierte Versio- nen der Acker-Schmalwand, die sich so verhielten. Diesen Pflanzen fehlt ein Gen, das einen Teil ihrer Stammzellen davor schützt, sich in spezia- lisierte Zelltypen zu differenzieren. Laux’ Team benannte das Gen nach dem zerzausten Äußeren der mutierten Pflanze: das WUSCHEL-Gen. Wie Laux herausfand, stellen die Nachbarzellen der Stammzellen mithilfe des WUSCHEL-Gens einen Transkriptionsfaktor her, der die Ableserate „Durch somatische Embryogenese können Züchter bestimmte Zuchtlinien exakt erhalten“ 33

uni'wissen 02-2012

Pages