Michael Nodine möchte wissen, wie Pflanzen funktionieren. Wie sie aufgebaut sind, was ihre Blätter im Frühling wachsen lässt, wie sie sich gegen Bakterien und Krankheitserreger schützen oder ganz einfach: Warum sie so aussehen, wie sie aussehen. Das faszinierte ihn schon als Jugendlicher, erzählt Nodine. Bei der Studienwahl ging es ihm darum, die Welt durch verbesserte Nutzpflanzen zu verändern. „Ich dachte, dass man mit der Pflanzenwissenschaft den größten Unterschied machen und den meisten Menschen helfen kann. Immerhin sind mehr Menschen weltweit unterernährt als an Krebserkrankungen leiden“, erläutert Nodine seine Beweggründe das Fach Biologie zu studieren.
Nach wie vor spielt dieser Aspekt für den jungen Wissenschaftler eine wichtige Rolle, heute widmet er sich jedoch den fundamentalen Forschungsfragen in der Biologie und versucht, den molekularbiologischen Bauplan von Pflanzen zu entschlüsseln. „Ich möchte ein Wissensfundament aufbauen, das Forscher/innen in der angewandten Wissenschaft benutzen können, um Mais, Weizen und Co. gegenüber den veränderten Klimabedingungen zum Beispiel resistenter zu machen”, erklärt der Molekularbiologe. Seit vier Jahren forscht der US-Amerikaner nun am GMI – Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien – mit seinen Ergebnissen gelang ihm 2012 sogar eine Publikation im Fachjournal „Nature“.
Ackerschmalwand als Modellpflanze
Unter die Lupe nimmt Nodine bei seinen Arbeiten eine ganz bestimmte Pflanze, die Ackerschmalwand – genauer gesagt deren Embryo. Sie ist zwar keine Nutzpflanze, gehört aber zu den liebsten Modellorganismen von Botanik und Genetik. „Diese Pflanze kann man sehr gut untersuchen. Natürlich sind unsere Erkenntnisse nicht eins zu eins auf andere Pflanzenarten übertragbar – es gibt immer kleine Besonderheiten. Fundamentale Bausteine sind aber gleich“, so der Forscher.
Mit Bausteinen meint Nodine vor allem MikroRNAs, sprich kurze, nichtcodierende Ribonukleinsäuren. Sie steuern die Genaktivität der Pflanze. Welche, das versuchen er und seine Kolleg/innen herauszufinden, indem sie bestimmte Gene und deren Produkte stilllegen, reduzieren oder vermehren. „Wir können sie in den jeweiligen Zelltypen auch zu bestimmten Zeiten überexprimieren“, sagt der ÖAW-Molekularbiologe. Als Folge welkt eine Pflanze beispielsweise früher oder beginnt nicht zu blühen. „Wenn die Ackerschmalwand blüht, steigt zum Beispiel die Menge an miR156, eine in Landpflanzen konservierte MikroRNA. Welkt die Pflanze, nimmt sie wieder ab", erklärt Nodine.
Die kleinen Ribonukleinsäuren haben übrigens keine Namen, sondern wurden entsprechend ihrer Entdeckung nummeriert. 1993 fand man die erste in einem Fadenwurm, mittlerweile kennt man tausende – in Pflanzen, Tieren und Menschen.
Noch am Anfang
Immer wieder betont Nodine, dass die Wissenschaftler/innen zwar bereits eine gute Vorstellung hätten, wie Pflanzen molekular aufgebaut sind, trotzdem sagt er: „eigentlich befinden wir uns noch am Anfang. Je tiefer wir graben, umso mehr Fragen tauchen auf.“
Doch Antworten kommen auch dazu. Etwa im vergangenen Jahr. Da identifizierten die ÖAW-Wissenschaftler/innen Millionen spezielle kleine RNAs in Pflanzenembryos – zehn von ihnen spielen darüber hinaus bei der Zellbildung eine entscheidende Rolle, sind zudem aber auch notwendig, um bestimmte Gene in der Pflanze zu unterdrücken. „Diese besondere Wechselwirkung untersuchen wir gerade“, so Nodine. „Dass wir die Forschungsförderung des ERC Starting Grant letztes Jahr bekommen haben, hat unsere Forschung einen wichtigen Schritt vorwärts gebracht. Auch, weil wir nun mehr Wissenschaftler/innen beschäftigen können.“
Weitere Einblicke in den Pflanzenbauplan soll in den nächsten Jahren die CRISPR/Cas9 Methode liefern, erzählt Nodine. Mit dieser Technologie lassen sich gewisse Sequenzen aus der DNA herausschneiden und dadurch komplett löschen. „Damit können wir noch exakter die Funktion gewisser messenger RNAs, also einzelsträngiger RNA-Transkripte eines Gens, bestimmen – diese Methode ist wirklich eine Revolution. Wir sind sehr gespannt“, freut sich Nodine auf weitere Erkenntnisse in seinem Fach.
