Gegenverkehr innerhalb von Samen schützt den Pflanzenembryo

Foto: Freepik

Im Gegensatz zu Menschen und Tieren können sich Pflanzen nicht vor extremen Bedingungen schützen. Daher entwickeln sie eine wachsartige Schutzschicht, die sogenannte Cuticula. Diese Schutzschicht bildet sich, wenn sich die Pflanze innerhalb des Samens im Embryonalstadium befindet. Wissenschaftler entdeckten, dass die molekulare Kommunikation zwischen dem Pflanzenembryo und seinem umgebenden Gewebe für die Bildung der Cuticula wesentlich ist. Sie haben ihre Ergebnisse letzten Monat in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Schutz vor extremer Umgebung
Junge Pflanzen erleben beim Keimen einen krassen Übergang von der geschützten Umgebung des Samens, zur Außenwelt, wo sie Wind, Kälte und Hitze ausgesetzt sind. Die wachsartige Cuticula verhindert Wasserverlust und Austrocknung. Einige Proteine, die an der Bildung dieser Schutzschicht beteiligt sind, sind seit einiger Zeit bekannt. Wenn Wissenschaftler diese Komponenten aus dem Embryo entfernen, treten Lücken in der Schutzschicht auf. Vor einigen Jahren wurde ein ähnliches Ergebnis beschrieben, als das Protein TWISTED SEED 1 (TWS1) aus einem Pflanzenembryo entfernt wurde. Wissenschaftler vermuteten daher, dass dieses relativ unbekannte Protein an der Bildung der Cuticula beteiligt ist.

“Die Cuticula bildet eine Barriere für inaktives und aktiviertes TWS1”

Das TWS1-Protein stimuliert die Bildung der Cuticula
Forscher aus Frankreich, Deutschland und der Schweiz haben sich zusammengetan, um das mysteriöse TWS1-Protein weiter zu untersuchen. Sie entdeckten, dass das Protein in jungen Pflanzenembryonen produziert wird. Nach der Produktion gaben die Embryozellen das Protein ab. Es bewegt sich dann zum umgebenden Gewebe: dem Endosperm. Dieses Gewebe versorgt den Embryo mit Nahrung und ist reich an Proteinen. Eines dieser Proteine ​​wirkt als Schere und schneidet einen Teil des TWS1-Proteins ab. Dies führt zur Aktivierung von TWS1. In Abwesenheit der Schutzschicht kann das aktivierte Protein zum Embryo zurückkehren. Dort gibt es ein Signal, zum Aufbau, um Lücken in der Cuticula zu schließen. Dies setzt sich fort, bis alle Lücken geschlossen sind und der gesamte Embryo von der Schutzschicht umgeben ist.

“Das TWS1-Protein scheint für den Embryo “toxisch” zu sein”

In hoher Konzentration giftig
Die Cuticula bildet eine Barriere für inaktives und aktiviertes TWS1. Inaktive Proteine ​​können den Embryo nicht verlassen und aktivierte Formen haben keinen Zugang zum Embryo. Auf diese Weise erhält der Embryo nur während des Zusammenbaus der Cuticula aktiviertes TWS1-Protein. Und das ist gut so, sagen die Autoren. Denn in großen Konzentrationen scheint das TWS1-Protein für den Embryo “toxisch” zu sein. Wenn die Forscher aktivierte TWS1-Proteine ​​in Embryonen exprimierten, führte dies meist zu geschrumpften und toten Samen. Der bidirektionale Verkehr stellt somit sicher, dass der Embryo genau der richtigen Menge an TWS1-Protein ausgesetzt ist.

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