uni'wissen 02-2012

Bei der Teilung der befruchteten Eizelle bildet sich die embryonale Achse mit den zukünftigen Sprosszellen auf der einen und den Wurzelzellen auf der anderen Seite heraus. Wenn die WUSCHEL-ähnlichen Gene WOX8 und WOX9 fehlen, wird unter anderem das Hormon Auxin im Embryo nicht richtig verteilt, und es entsteht nur ein unstrukturierter Zellhaufen. „Embryozellen sind den Stammzellen ähnlich – beide sind noch nicht spezialisiert“, sagt Laux. „Daher ist es mög- lich, dass WUSCHEL ursprünglich zur Entwick- lung von Embryonen diente.“ Grundlagenforschung für ertragreiche Wälder Auf der Grundlage ihrer bisherigen Untersu- chungen arbeitet das Team von Laux an Anwen- dungen, um Pflanzen mittels der so genannten somatischen Embryogenese zu züchten, anstatt sie herkömmlich zu befruchten. Hierbei verwen- den die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entweder aktive Stammzellen oder aber schla- fende, die zum Beispiel bei Bäumen erst dann zum Einsatz kommen, wenn der Stamm umknickt. Werden sie mit Nährstoffen und speziellen Hormonen versorgt, beginnen diese Stamm zellen, sich zu Embryonen zu entwickeln – ähnlich wie es manche Pflanzen über Ableger machen. Anschließend können sie eingepflanzt werden. „Es gibt verschiedene Gründe, weshalb es interessant ist, die geschlechtliche Vermehrung, bei der sich mütterliche und väterliche gene tische Informationen vermischen, zu vermeiden“, sagt Laux. „Durch somatische Embryogenese können Züchter bestimmte Zuchtlinien exakt erhalten.“ Beispielsweise sei der Heterosis- Effekt vielversprechend: „Wenn man zwei unter- schiedliche reinerbige Eltern kreuzt, kann die mischerbige Tochtergeneration besonders ertrag- reich sein. Die genauen Ursachen hierfür sind aber noch eines der großen Geheimnisse der Pflanzenwissenschaft.“ Wenn die Nachfolge generation sich durch Befruchtung weiter ver- mehre, mache dies den Effekt zunichte. Da in vielen Teilen der Welt eine Ertragssteigerung bei Nutzpflanzen wichtig sei, gelte die somatische Embryogenese als aussichtsreicher Ansatz in der Pflanzenzüchtung. Von Freiburg nach China Die Freiburger Biologinnen und Biologen kooperieren mit einem Team der chinesischen Universität Nanjing, das sich mit Bäumen Prof. Dr. Thomas Laux hat in Erlangen Biologie studiert und wurde in Bio- chemie promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in Los Angeles/USA und München wurde er 1999 an der Universität Tübingen habilitiert. Ein Jahr später nahm er den Ruf auf den Lehrstuhl für Molekulare Genetik und Biotechnologie der Pflanzen an der Uni- versität Freiburg an. Von 2008 bis 2011 war er Fellow am Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS). Er ist Mitglied des Exzel- lenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg. Laux koordiniert mit Partnerinnen und Part- nern in Straßburg/Frank- reich und Basel/Schweiz den trinationalen Studien- gang Biotechnologie und ist am Trinationalen Institut für Pflanzenforschung betei- ligt, das 2011 mit Mitteln der Europäischen Union gegründet wurde. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklungsbio logie und die Biotechno logie der Pflanzen. Laux untersucht, wie zelluläre Signale die Stammzellen und die Embryoentwicklung steuern und auf welche Weise sie künstlich beein- flusst werden können. Zum Weiterlesen Breuninger, H./Rikirsch, E./Hermann, M./ Ueda, M./Laux, T. (2008): Differential expres- sion of WOX genes mediates apical-basal axis formation in the Arabidopsis embryo. In: Developmental Cell 14/6, S. 867–876. Sarkar, A./Luijten, M./Miyashima, S./Lenhard, M./Hashimoto, T./Nakajima, K./Scheres, B./ Heidstra, R./Laux, T. (2007): Conserved fac- tors regulate signalling in Arabidopsis shoot and root stem cell organizers. In: Nature 446, S. 811–814. Laux, T. (2003): The stem cell concept in plants: a matter of debate. In: Cell 113/3, S. 281–283. beschäftigt. Ihr Wissen und ihre Erfahrung mit der Modellpflanze Arabidopsis können sie gewinnbringend einsetzen: Somatische Embryo- genese ist bei Bäumen eigentlich schwierig, doch die Biologen können Bäume durch WUSCHEL stimulieren, mehr Stammzellen und Embryonen zu erzeugen. Gleichzeitig erforscht die Arbeitsgruppe, wie Pflanzen sich besser gegen Schwermetalle im Boden wappnen können, welche die Stammzellnischen in den Wurzeln schädigen. „Dies ist ein sehr ehrgeiziges Projekt. Die verschiedenen Signalstoffe in der Wurzel bilden ein großes Puzzle, das wir noch nicht voll- ständig verstehen.“ Mit modernen Analyseverfahren wie dem Life Imaging, das Stoffwechselvorgänge sichtbar macht, versuchen die Wissenschaftler die ein- zelnen Puzzlestücke zu identifizieren und das System zu enträtseln. „Eine Herausforderung ist, dass die WUSCHEL-Faktoren viele verschiedene andere Gene beeinflussen“, sagt Laux. „Die Zusammenhänge sind kompliziert, da wir immer nur einen Faktor untersuchen können, der einen relativ kleinen Beitrag zum Gesamtsystem liefert. Wenn wir nur sehen, dass es der Pflanze schlecht geht, nachdem wir einen genetischen Schalter betätigt haben, verstehen wir die zugrunde liegenden Beziehungen noch nicht. Daher setzen wir viele molekulargenetische und mathematische Werkzeuge ein, um nach und nach alle Schalter zu verstehen und zu ent- schlüsseln, wie Pflanzen sich entwickeln.“ 35

uni'wissen 02-2012

Pages