Doppelbefruchtung von Pflanzen

Mit Unterstützung von der EU hat das GAMETEFUSION-Projekt Signalmechanismen der doppelten Befruchtung aufgedeckt. Die Bedeutung dieses Prozesses ist nicht zu unterschätzen, denn eine Befruchtung liefert das Embryo und die andere eine nährstoffreiche Nahrungsquelle für die sich entwickelnde Pflanze.

Am Beispiel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana betrachteten die Forscher zwei mit Spermien angereicherte Tetraspaninen (TET), auch Signalmediatoren in vielfältigen Prozessen in tierischen Systemen: Haftung und Gameten-Fusion. Die Genexpressionsanalyse bestätigte, dass TET membranassoziierte Proteine in bestimmten Reproduktionsgeweben einschließlich Gameten sind.

Ähnlich wie ihre tierischen Gegenstücke hängen die TET-Funktionen in Pflanzen wahrscheinlich vom Aufbau multimolekularer Membrankomplexe ab, die auf dem Vorhandensein potentieller Bindungspartner beruhen. Das eindeutige Lokalisierungsmuster für die TET in der Schnittstelle der beiden Arten von Samenzellen lässt darauf schließen, dass ein Membrangerüst an der der Vermittlung der Zelladhäsion oder Kommunikation zwischen Samen und Spermien beteiligt ist.

Das Team von GAMETEFUSION identifizierte zwei potenzielle TET-Bindungspartner. Beim Einsatz von Knockout-Mutanten traten Fruchtbarkeitsstörungen auf, wie etwa eine einzelne Befruchtung. Dieser Befund ist insbesondere relevant, da ein erhöhtes Verständnis zellulärer Prozesse hinter der Gameten-Differenzierung und Doppelbefruchtung zu möglichen unterschiedlichen und konservierten Mechanismen bei Pflanzen und Tieren beitragen könnte.

Die Forscher entwickelten ein Werkzeug für die fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung, um einzelne subzelluläre Komponenten der männlichen Gametophyten zu isolieren und ihre Repertoires exprimierter Messenger-RNA (mRNA) zu analysieren. Die Forscher wollen Spermien-mRNA während der männlichen Keimzellen-Differenzierung und des Pollenschlauchwachstums ermittel und verfolgen. Das experimentelle System stellt die erste Anwendung eines in vivo-Systems zur Abbildung einer mRNA-Bewegung in Pollen dar. Die Wissenschaftler hoffen darauf, molekulare Ereignisse während der doppelten Befruchtung und der frühen Embryogenese zu offenbaren.

GAMETEFUSION hat einige einzigartige molekulare Werkzeuge entwickelt, die bereits für die wissenschaftliche Forschung zur Verfügung stehen oder bald verfügbar sein werden. Die Fähigkeit, die Befruchtung zu manipulieren, kann auf dem Gebiet der Pflanzenzüchtung sehr vorteilhaft angewendet werden.