Pflanzen-Stoffwechsel verändert sich während des Blütenwachstums dramatisch

20. Juli 2014, 16:17
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Wiener Forscher mit neuem methodischen Ansatz - Pflanze liefert Blüte im Lauf ihrer Entwicklung immer spezifischere Bausteine

Wien - Wie verändert sich der Stoffwechsel einer Pflanze während der Entwicklung ihrer Blüte? Mit einem neuen methodischen Ansatz ist es Wiener Forschern gelungen, diese Abläufe im Detail zu beobachten: Die Analysen ergaben, dass die Pflanze Anfangs die Prozesse eher unspezifisch unterstützt. Doch dann liefert der Stoffwechsel immer passgenauere Bausteine, die aktuell gebraucht werden.

Mit bisherigen Methoden konnten Wissenschafter nicht analysieren, wie genau sich diese Prozesse in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) während der Blütenentwicklung verändern. Vor allem in sehr frühen Stadien, in denen die Pflanze erst mit der zur Fortpflanzung nötigen Blütenbildung beginnt, sei es schwierig gewesen, genügend Daten zu sammeln, erklärte Wolfram Weckwerth, Leiter des Departments für Ökogenomik und Systembiologie an der Universität Wien. Mit Computer-Tomografen fertigten die Forscher 3D-Bilder an, welche die Entwicklung vom Beginn der Blütenbildung bis zur Samenreife lückenlos dokumentieren. Von den gleichen Pflanzen-Proben wurden zudem mittels Massenspektrometrie Stoffwechselprofile zu den verschiedenen Zeitpunkten erstellt.

"Diese Verknüpfung ist so noch nie durchgeführt worden", so Weckwerth, der auch schon Signale aus der Forschungsgemeinde erhalten hat, dass sich die Methode als neuer Standard für derartige Analysen etablieren könnte. Zudem seien zum ersten Mal komplette Stoffwechselprofile mit den Entwicklungsprozessen verglichen worden.

Komplette Reprogrammierung

"Dass sich der Stoffwechsel aber so dramatisch verändert, war schon überraschend", erklärte Weckwerth. In den Daten findet sich nämlich "eine komplette Reprogrammierung des Stoffwechsels", wie es die Forscher im Bericht zu der im Fachblatt "New Phytologist" erschienenen Studie von Erstautorin Anke Bellaire ausdrücken. In den ersten Stadien der Blütenentwicklung werden vor allem Disaccharide und andere Bausteine produziert. Diese Stoffwechselprodukte (Metaboliten) werden in der Pflanze dorthin transportiert, wo Gewebe differenziert und Organe ausgebildet werden.

Je weiter die Blütenbildung aber fortschreitet, desto unterschiedlicher werden auch die Stoffwechselprodukte und desto aktiver versorgt das Gewebe die Zentren der Organentwicklungen mit spezifischen Metaboliten. Je weiter es im zeitlichen Verlauf in Richtung Frucht- und Samenbildung geht, desto spezifischer darauf abgestimmte Aminosäuren, organischen Säuren und Zucker werden produziert. Vor allem für die Entwicklung des Embryos im Samen braucht es laut Weckwerth nämlich eine besonders gute Versorgung mit den entsprechenden biochemischen Syntheseprodukten.

Forscher vermuten Rückkoppelungsmechanismus

Es handle sich hier jedenfalls um eine komplette Umgestaltung der biochemischen Abläufe in dem Organismus. In Zukunft möchten die Wissenschafter mehr darüber herausfinden, welche Mechanismen dahinter stehen. "Die gesamte Genregulation muss ja auch verändert werden", so der Forscher. Denkbar sei, dass über einen Rückkoppelungsmechanismus die jeweiligen Stoffwechselprodukte selbst Einfluss auf die Produktions-Programme in den Zellen haben. (APA/red, derStandard.at, 20.07.2014)

  • Anhand der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) konnten die Forscher in bisher unerreichter Genauigkeit die Stoffwechselabläufe während der Blütenbildung verfolgen.
    foto: archiv

    Anhand der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) konnten die Forscher in bisher unerreichter Genauigkeit die Stoffwechselabläufe während der Blütenbildung verfolgen.

  • 3D-Bild einer vollentwickelten Blüte von Arabidopsis thaliana, aufgenommen mit einem Micro-Computertomographen.
    foto: wolfram weckwerth/uni wien

    3D-Bild einer vollentwickelten Blüte von Arabidopsis thaliana, aufgenommen mit einem Micro-Computertomographen.

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