Biologen zeigen, wie Signale in Pflanzenwurzeln die Aktivität von Stammzellen bestimmen

Biologen zeigen, wie Signale in Pflanzenwurzeln die Aktivität von Stammzellen bestimmen

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Anonim

von der Universität Freiburg

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Die Wurzeln einer Pflanze wachsen ständig, so dass sie die Pflanze mit Wasser und Mineralien versorgen und gleichzeitig fest im Boden verankern können. Verantwortlich für diese Funktionen sind pluripotente Stammzellen. Um eine Differenzierung zu vermeiden und pluripotent zu bleiben, sind diese Stammzellen auf Signale ihrer Nachbarzellen angewiesen. Diese Signale werden von nur einer kleinen Gruppe sich langsam teilender Zellen im sogenannten Ruhezentrum innerhalb der Wurzel erzeugt. Ein internationales Konsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Laux, einem Biologen der Universität Freiburg, hat den Transkriptionsfaktor WUSCHEL HOMEOBOX (WOX) 5 als Signalmolekül identifiziert, das zeigt, dass es sich durch die Poren der Zellen im Ruhezustand bewegt zentrieren in die Stammzellen. Das Forscherteam hat seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht .

"Die Lösung des Mechanismus, mit dem Signale innerhalb der Stammzellaktivität der Wurzelkontrolle Auswirkungen auf das allgemeine Funktionieren der Stammzellregulation bei Pflanzen und Menschen haben", sagte Laux. Auf diese Weise könnten Wissenschaftler untersuchen, wie sich das Pflanzenwachstum an unterschiedliche Umweltbedingungen anpasst. "Dies ist ein faszinierendes Forschungsfeld im Zeitalter des Klimawandels."

Von allen Zellen in Pflanzen und Tieren sind pluripotente Stammzellen die multifunktionalsten. Wenn sie sich teilen, produzieren sie zwei Arten von Tochterzellen: Einige werden zu neuen Stammzellen, während andere differenzieren, um Gewebe zu ersetzen oder neue Organe zu bilden. Um seine Stammzellen zu erhalten, generiert der Organismus die Signale, die die Differenzierung in speziellen Stammzellnischen blockieren. Diese Nischen sind der einzige Ort, an dem Stammzellen existieren können. Bei Blutstammzellen befinden sich die Stammzellen beispielsweise im Knochenmark.

Die Forschergruppe von Laux hatte zuvor in den Zellen des Ruhezentrums der Wurzel den Transkriptionsfaktor WOX5 entdeckt, der zur Erzeugung von Signalen notwendig ist. Die genaue Rolle ist jedoch bisher unklar. Laux 'Team untersuchte die Stammzellen im Modellorganismus der Arabidopsis-Pflanze oder der Steinkresse, die zur Familie der Brassicaceae- Pflanzen gehört, einschließlich Senf und Kohl. Studien haben jedoch bereits gezeigt, dass viele dieser Erkenntnisse auch auf Kulturen wie Reis zutreffen. Wenn das Signal WOX5 durch Poren in die Stammzellen gelangt, bindet es an bestimmte DNA-Sequenzen, die Promotoren, von Zielgenen und rekrutiert über ein sogenanntes Adapterprotein ein Enzym. Dieses Enzym verändert die Proteinhülle der DNA, das Chromatin, wodurch das jeweilige Gen nicht mehr effektiv lesbar ist.

Aber warum schaltet WOX5 sein Zielgen CDF4 in Stammzellen aus? Das Forscherteam von Laux hat gezeigt, dass die CDF4-Funktion darin besteht, die Differenzierung der Tochterzellen der Stammzelle zu initiieren. Wäre die Konzentration des CDF4-Proteins in den Stammzellen zu hoch, müssten sich auch die Stammzellen differenzieren und die Pflanze müsste das Wurzelwachstum stoppen. Wo die Konzentration von WOX5 hoch genug ist, kann die Stammzellnische die pluripotenten Stammzellen aufrechterhalten. Wenn die Konzentration von WOX5 niedrig ist, steigt die Konzentration von CDF4 und die Zellen differenzieren sich in Wurzelgewebe. Dieses Gleichgewicht ist das Geheimnis der lebenslangen Aktivität einer Stammzellnische.

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