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Das Protein WOX2 ist dafür verantwortlich, dass Pflanzen ihr Leben lang neue Organe bilden
können
Freiburg im Breisgau (idw) - Die Arbeitsgruppe des Freiburger Pflanzenbiologen Prof. Dr. Thomas Laux hat
im Fachmagazin „Developmental Cell“ erste Ergebnisse dazu veröffentlicht, wie Spross-Stammzellen bei Pflanzen
in der Embryogenese – der Bildung des Embryos – entstehen. Pluripotente Stammzellen können sich zu jedem beliebigen
Zelltyp eines Organismus entwickeln. Pflanzen können im Gegensatz zu Tieren durch ihre Stammzellen ein Leben
lang komplette neue Organe bilden, was im Fall von einigen Bäumen mehr als tausend Jahre dauern kann. Die
Erforschung von Stammzellen soll zentrale Probleme in der Medizin und Pflanzenzüchtung lösen. Während
aber die Funktion von Stammzellen bei der Regeneration von Geweben oder beim Wachstum sehr detailliert untersucht
wird, ist über die Entstehung von Stammzellen in der Embryonalentwicklung bislang viel weniger bekannt.
In der Modellpflanze Arabidopsis, der Ackerschmalwand, hatten die Forscherinnen und Forscher um Laux bereits vor
einigen Jahren den Transkriptionsfaktor WUSCHEL entdeckt, der für die stete Erneuerung von Stammzellen verantwortlich
ist. Dieses Protein ist bereits zu dem Zeitpunkt im Embryo vorhanden, wenn sich die Stammzellen bilden. „Es war
für uns eine Überraschung, als unsere Doktorandin Zhongjuan Zhang die entscheidende Beobachtung machte,
dass für die Entstehung der Stammzellen nicht WUSCHEL, sondern der verwandte Transkriptionsfaktor WOX2 verantwortlich
ist“, sagt Laux. Von dem Protein WOX2 war bislang nur bekannt, dass es frühere Schritte bei der Musterbildung
des Embryos steuert – also in der Phase, in der sich die Zellen des Embryos in einer bestimmten Struktur anordnen.
Zhang fand heraus: WOX2 verhindert in der Region des Embryos, in der die Stammzellen entstehen sollen, dass sich
die dortigen Zellen in spezialisierte Zelltypen differenzieren und damit ihr unbegrenztes Entwicklungspotenzial
verlieren.
Damit zeigen sich bei Pflanzen eine ähnliche Strategie in der Stammzellentstehung wie sie bei einigen Tieren
gefunden worden war. Diese erfolgt bei Arabidopsis, indem WOX2 über Zwischenschritte die Balance der Pflanzenhormone
Zytokinin und Auxin so reguliert, dass sich relativ viel Zytokinin und wenig Auxin in den Vorläuferzellen
der Stammzellen ansammeln. Diesen Mechanismus verwenden Pflanzenforscher schon seit mehreren Jahrzehnten, um einen
Spross aus einer Wurzel oder einem Blatt zu regenerieren. Das ursprünglich in Gewebekulturen gefundene Verfahren
spiegelt also letztlich den gleichen Mechanismus wider, den die Evolution schon viel früher gefunden hatte,
um Stammzellen während der Embryogenese zu entwickeln.
Thomas Laux ist Laborleiter am Institut für Biologie III und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for
Biological Signalling Studies der Universität Freiburg.
Originalpublikation: Zhongjuan Zhang,
Elise Tucker, Marita Hermann, Thomas Laux (2017): Molecular Framework for the Embryonic Initiation of Shoot Meristem
Stem Cells. In: Developmental Cell. doi:org/10.1016/j.devcel.2017.01.002.
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