21.08.2017

Der Mechanismus hinter der Pflanzenblüte

Molekularbiolog/innen der ÖAW identifizierten eine bei Zellteilungen auftretende Modifikation als wesentlichen Faktor für das Auslösen oder Hemmen der Pflanzenblüte.

Wie merken sich Pflanzen im Winter, dass sie im Frühling wieder blühen sollen? Einen Beitrag zur Entschlüsselung dieser molekularbiologischen Problemstellung leistete Forscher Danhua Jiang aus dem Labor von Frédéric Berger am GMI – Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). In einer Publikation im Fachmagazin „Science“ konnten die beiden erstmals Teile eines Mechanismus klären, der in Pflanzen dafür sorgt, dass sich diese über den Winter den geeigneten Zeitpunkt für die Blüte im nächsten Frühjahr merken.

Maßgeblich für die Steuerung des Blühprozesses ist der epigenetische Marker H3K27, der an der Verpackung (H3) jenes Gens (FLC) ansetzt, das den Blühbeginn verzögern kann. Wenn im beginnenden Frühjahr Pflanzen austreiben, setzt das viele Zellteilungsprozesse voraus – auch in Geweben, die später die Blüten hervorbringen werden. Bei jeder Teilung werden die Gene, also die Information in der DNA, vollständig kopiert und auf zwei Tochterzellen aufgeteilt. Histonproteine, die bestimmte Gene umhüllen, spielen eine wichtige Rolle dabei, wann die entsprechenden Gene „aktiv“ werden und Stoffwechselvorgänge wie das Blühen auslösen.

Die Hüllproteine speichern Informationen, die Pflanzen im Lauf ihres Lebens aus der Umwelt aufgenommen haben, beispielsweise Informationen über die Temperatur. Wichtig ist nun, bei jeder Zellteilung nicht nur die Gene richtig weiterzugeben, sondern auch diese von der Pflanze gewonnenen Informationen über ihr Umfeld.

Pflanzliche Erfahrungen

Den Forscher/innen am GMI der ÖAW gelang es nun, mit H3K27 einen Marker zu identifizieren, der die früheren Erfahrungen der Pflanzen mit den aktuellen Umweltbedingungen in Beziehung setzt. Er garantiert, dass die Hülle H3 des Gens FLC erhalten bleibt, so lange es kalt ist. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse über H3K27 machen nicht nur die Steuerung des richtigen Blühzeitpunkts verständlich. Sie lassen darüber hinaus weitere Schlüsse zu, die mit der Erhaltung der Identität einer Pflanzenzelle zusammenhängen. So ist Berger überzeugt, dass der Mechanismus H3K27 den Pflanzen helfe, sich daran zu erinnern, was sie sind.

In letzter Konsequenz könnten die neu gewonnenen Erkenntnisse auch dazu beitragen, Pflanzenregeneration aktiv zu beeinflussen und Pflanzen auf diese Weise in die Lage zu versetzen, besser mit sich wandelnden Umweltfaktoren umgehen zu können.