Pflanzenhormon Auxin betätigt einen genetischen Schalter

Wirkung von Auxin in pflanzlichen Zellen im Hinblick auf die transkriptionellen Regulatoren „MONOPTEROS“ und „BODENLOS“: Der Transkriptionsfaktor „MONOPTEROS“ (MP) kontrolliert seine eigene Herstellung und die seines Inhibitors „BODENLOS“ (BDL), wobei das Pflanzenhormon Auxin dieses System dadurch moduliert, dass es den Abbau des Inhibitors BODENLOS begünstigt.

Wenn Gegenspieler kooperieren
Wachstumshormone der Pflanzen: Stammzellforscher untersuchen Wirkungsgeflecht von Auxin und Cytokinin

Die Wurzeln unserer Ernährung
Tübinger Max-Planck-Forscher erklären, wie die Wurzelbildung in Pflanzen gesteuert wird

Bei der Entwicklung von Lebewesen taucht ein Muster immer wieder auf: Ein Signal erscheint vorübergehend, doch die Prozesse, die es anstößt, müssen aufrechterhalten werden - etwa, wenn das Schicksal von Zellen im Embryo festgelegt wird. Im Pflanzenembryo, bei der Entwicklung der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), einer Modellpflanze der Genetik, spielt das Pflanzenhormon Auxin als Signalstoff eine wichtige Rolle. Forscher des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen kannten bereits wichtige Komponenten in der Zelle, durch die Auxin seinen Einfluss ausübt, und manche ihrer Wechselwirkungen. Nun haben sie einige dieser Komponenten zu einem Regulationsnetzwerk zusammengesetzt: Danach kann Auxin bei steigender Konzentration Gene für die normale Entwicklung des Embryos ’anschalten’, die ab einem bestimmten Punkt ihre erhöhte Aktivität auch bei sinkender Auxinkonzentration nicht oder nur verzögert wieder einstellen. Ähnliche Schaltmechanismen sind auch aus dem Tierreich bekannt.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen haben die Wissenschaftler außerdem Computersimulationen durchgeführt, in denen sie das Regulationsnetzwerk nachgestellt haben. „Alles deutet darauf hin, dass Auxin in dem System sozusagen einen Schalter betätigt“, sagt Steffen Lau. Und das funktioniert so: Bei steigender Auxinkonzentration wird der Inhibitor BODENLOS verstärkt abgebaut, der Faktor MONOPTEROS wird dadurch weniger stark blockiert, und ab einer gewissen Auxinkonzentration wird das MONOPTEROS-BODENLOS-System auf eine höhere Aktivitätsebene gehoben. „Solange in dem angeschalteten System eine bestimmte Auxinkonzentration nicht unterschritten wird, fällt dieses nicht auf das Ausgangsniveau zurück, selbst wenn das meiste Auxin  abtransportiert wird“, erklärt der Wissenschaftler.

Dieser Regelungsmechanismus sei bisher bei der Embryonalentwicklung der Pflanzen noch nicht beschrieben worden, ähnele aber beispielsweise einem Signalweg bei embryonalen Stammzellen der Wirbeltiere. „Ob sich dieser Regelungstyp an weiteren Stellen in der Entwicklung der Ackerschmalwand findet, müsste noch untersucht werden“, sagt Steffen Lau.

JE/HR