Epigenetische Reprogrammierung und nicht-zellautonome Kommunikation als Mechanismen der Samenbildung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Samen von Blütenpflanzen, den Angiospermen, bestehen aus drei Hauptstrukturen: dem Embryo, aus dem eine neue Pflanze entsteht, dem Endosperm, das als Nährgewebe dient, und der Samenschale, die den Embryo und das Endosperm schützt. Die Entwicklung dieser drei Strukturen erfolgt erst nach der Befruchtung durch den väterlichen Pollen. Außerdem müssen Embryo, Endosperm und Samenschale miteinander kommunizieren, damit die Samenentwicklung erfolgreich verläuft. Insbesondere die Kommunikation zwischen dem Endosperm und der Samenschale ist ausschlaggebend für die endgültige Größe des Samens. In diesem Projekt entdeckten wir, dass Pflanzenhormone, so genannte Brassinosteroide (BRs), für die Samenentwicklung entscheidend sind. Erstens sind BRs für die Bildung der Samenschale notwendig: Ohne diese Hormone wächst die Samenschale weniger als normal. Wir vermuten, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass BRs für die Aktivierung von Genen notwendig sind, die für das Wachstum der Samenschale erforderlich sind und die vor der Befruchtung durch einen epigenetischen Mechanismus abgeschaltet werden: eine chemische Veränderung der DNA, die gelöscht werden muss, damit diese Gene aktiv werden können. Außerdem entdeckten wir, dass Samen, denen BRs fehlen, auch Endospermien bilden, die kleiner als normal sind. Wir glauben, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die schlecht entwickelte Samenschale es dem Endosperm nicht erlaubt, auf seine normale Größe zu wachsen. Wir vermuten daher, dass das Endosperm und die Samenschale die physische Präsenz des jeweils anderen "spüren" und ihr Wachstum entsprechend anpassen können. Diese Beobachtungen können wichtige Auswirkungen auf die Pflanzenzüchtung haben: Das Samenendosperm ist nicht nur für die Ernährung des Pflanzenembryos wichtig, sondern auch ein wichtiger Bestandteil unserer Ernährung. Getreidekörner bestehen größtenteils aus Endosperm und sind ein Grundnahrungsmittel für einen Großteil der Weltbevölkerung. Daher kann das Verständnis der Mechanismen, die das Wachstum des Endosperms steuern, von offensichtlichem agronomischem Interesse sein. Da die BR eine Rolle dabei spielen, wie viel Saatgut wachsen kann, kann die Manipulation dieses Hormons eine vielversprechende Strategie sein, um die Pflanzenproduktion zu optimieren und einen Beitrag zur Ernährungssicherheit zu leisten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
BRI1-mediated removal of seed coat H3K27me3 marks is a brassinosteroid-independent process.
Pankaj, Rishabh; Lima, Rita B.; Luo, Guan-Yu; Ehlert, Sinah; del Toro-de León, Gerardo; Bente, Heinrich; Finger, Pascal; Sato, Hikaru & Figueiredo, Duarte D.
-
Seed coat-derived brassinosteroids non-cell autonomously regulate endosperm development.
Lima, Rita B.; Pankaj, Rishabh; Ehlert, Sinah; Finger, Pascal; Fröhlich, Anja; Bayle, Vincent; Landrein, Benoit; Sampathkumar, Arun & Figueiredo, Duarte D.
