Wie Pflanzen spitzenmäßig wachsen

Arbeitsgruppe der Universität Tübingen klärt Regulation von Transportprozessen auf, die zum Wachstum von Pflanzenzellen beitragen

Das Wachstum vielzelliger Organismen beruht zum einen auf Zellteilung, zum anderen sind Zellen selbst auch in der Lage zu wachsen. Dieses Zellwachstum erfolgt in der Regel über die ganze Oberfläche verteilt und ist nicht auf bestimmte Regionen beschränkt. Viele Organismen besitzen jedoch auch spezialisierte Zellen, die polar, das heißt an der Spitze, wachsen. Bisher ist die Steuerung von Transportwegen in solchen Zellen weitgehend unerforscht. Neue Ergebnisse eines Forscherteams um Sandra Richter und um Gerd Jürgens vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen deuten nun darauf hin, dass Wachstum an der Spitze nicht  durch einen gerichteten direkten Transportweg zur Zelloberfläche gewährleistet wird, sondern von einem Recycling-Vorgang abhängt. Diese Ergebnisse sind gerade in dem Fachmagazin Nature Cell Biology  veröffentlicht worden ( http://dx.doi.org/10.1038/ncb2389 ).

Im Allgemeinen wachsen Zellen durch die Fusion kleiner Transporteinheiten, sogenannter Vesikel, mit der Oberfläche der Zellen. Diese Vesikel dienen allerdings nicht nur der Oberflächenvergrößerung, sondern transportieren auch Moleküle innerhalb der Zelle und aus der Zelle hinaus. Diese intrazellulären Transportprozesse sind äußerst wichtig für Organismen und werden daher streng reguliert.  Die Arbeitsgruppe von Gerd Jürgens an der Universität Tübingen beschäftigt sich unter anderem mit der Regulation solcher Transportprozesse in der Zelle am Beispiel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Der Fokus liegt hierbei auf einer kleinen Gruppe von Proteinen, sogenannte ARF-Guanin-Nukleotid-Austauschfaktoren (ARF-GEFs), die die Bildung von Vesikeln entscheidend regulieren. 

Frühere Publikationen konnten bereits zeigen, dass unterschiedliche intrazelluläre Transportwege von verschiedenen ARF-GEFs reguliert werden. So vermittelt der ARF-GEF GNOM einen polaren Recycling-Transportweg, der Membranen zur Zelloberfläche zurücktransportiert und dadurch für die Entwicklung von Arabidopsis essentiell ist. Ein anderer lebensnotwendiger Transportprozess in jeder Zelle wird dagegen von den ARF-GEFs GNOM und GNOM-LIKE1 zusammen reguliert.

In der aktuellen Publikation konnte nun GNOM-LIKE2 als ein ARF-GEF-Protein identifiziert werden, welches für das Spitzenwachstum im Pollen essentiell ist. Dabei vermittelt GNOM-LIKE2 nicht nur die polare Pollenkeimung, sondern ist auch für das Pollenschlauchwachstum von Bedeutung. Pollenschläuche transportieren die Spermazelle der Pflanze zur Eizelle. Interessanterweise ist GNOM-LIKE2 in der Lage, die Funktion von GNOM im polaren Recycling übernehmen. Das polare Recycling scheint somit zum Spitzenwachstum beizutragen. Da GNOM-LIKE2 in der Evolution offensichtlich mit den Blütenpflanzen entstanden ist, könnte sich GNOM-LIKE2 entwickelt haben, um das schnelle Wachstum von Pollen zu ermöglichen.