Neue Forschungen zu pflanzlichen Stammzellen geben Aufschluss darüber, wie Pflanzen stärker werden

Die Stammzellenforschung ist ein hochaktuelles Thema. Forscher arbeiten seit Jahren mit tierischen und menschlichen Stammzellen, die für zahlreiche medizinische Fortschritte im Menschen Anwendung finden.

Aber Tiere sind nicht die einzigen, die über Stammzellen verfügen.

Huanzhong Wang, Professor für Molekularbiologie der Pflanzen am College of Agriculture, Health and Natural Resources (CAHNR), möchte die Menschen darüber informieren, dass auch Pflanzen Stammzellen haben. Genau wie in der Medizin könnten pflanzliche Stammzellen das menschliche Wachstum und die Entwicklung unterstützen, wenn sie zur Verbesserung der Nahrungsmittelversorgung eingesetzt werden.

„Es betrifft nicht nur Menschen und Tiere“, sagt Wang. „Auch Pflanzen haben Stammzellen, und wir sollten ihnen Aufmerksamkeit schenken.“

Stammzellen steuern in Wurzeln, Sprossen und Gefäßen die Zellteilung und -differenzierung von Pflanzen. Pflanzenstammzellen spielen eine entscheidende Rolle bei Wachstum und Entwicklung.

„Pflanzen können viele, viele Jahre wachsen, weil verschiedene Stammzelltypen im Grunde dafür sorgen, dass sie in die Luft und tief in den Boden wachsen können“, sagt Wang. „Um einen dickeren Stamm oder Stamm zu bilden, brauchen sie einen anderen Stammzelltyp.“

Pflanzenstammzellen wurden bisher weitgehend übersehen, weil sie in der biomedizinischen Forschung am Menschen nicht eingesetzt werden können. Das macht sie jedoch nicht weniger faszinierend. Und Wang hat gezeigt, dass ein besseres Verständnis der Funktionsweise dieser Zellen zu einer stabileren Nahrungsmittelversorgung beitragen kann.

Wangs Labor arbeitet seit Jahren mit pflanzlichen Stammzellen und versucht zu verstehen, wie diese ihre Stammzellen steuern, insbesondere die Stammzellen, aus denen Leitbündel entstehen – die Strukturen, die Wasser und andere Nährstoffe durch die Pflanze transportieren.

Kürzlich veröffentlichte die Gruppe eine Papier In Neuer Phytologe das bringt Licht in diese Frage. Wangs Labor entdeckte ein Transkriptionsfaktor-Gen namens HVA, das die Zellteilung in vaskulären Stammzellen steuert.

Bei einer Überexpression dieses Gens beobachteten die Forscher eine Zunahme der Anzahl der Gefäßbündel und der allgemeinen Stammzellaktivität.

Die Forscher verglichen Pflanzen ohne Überexpression des HVA-Gens, solche mit einer Kopie des überexprimierten HVA-Gens und einem regulären Gen und schließlich Pflanzen mit zwei Kopien der überexprimierten HVA-Gene.

In der Gruppe ohne Überexpression besaßen die Pflanzen fünf bis acht Leitbündel. Bei den Pflanzen mit einer Kopie des überexprimierten HVA-Gens waren es über 20 Bündel, bei den Pflanzen mit zwei Kopien des überexprimierten HVA-Gens sogar über 50.

Abgesehen davon, dass Wangs Erkenntnisse das wissenschaftliche Verständnis über die Funktionsweise von Pflanzen erweitern, haben sie auch wichtige Auswirkungen auf die Landwirtschaft.

Pflanzen mit mehr Leitbündeln sind kräftiger und widerstandsfähiger gegen Wind. Dieses Wissen könnte genutzt werden, um mit der Überexpressionsmutation gezielt robustere Sorten zu erzeugen.

Dies ist besonders relevant für hohe, schlanke Nutzpflanzen wie Mais, die größte Nutzpflanze in den USA.

„Wenn Pflanzen größer werden, besteht die Gefahr, dass sie umkippen“, sagt Wang. „Mehr Leitbündel sorgen dafür, dass die Pflanze stillstehen und diesen Bedingungen standhalten kann.“

Obwohl Wangs Labor die Studie anhand eines Modellorganismus aus der Familie der Kreuzblütler durchführte, kommt das HVA-Gen auch in anderen Pflanzen vor, sodass die Forschung breit anwendbar ist.

HVA ist einer von Hunderten Transkriptionsfaktoren einer großen Familie im Genom der Pflanze. Wang möchte herausfinden, was einige der anderen Gene dieser Familie tun.

„Wir sind daran interessiert, andere eng verwandte Gene zu untersuchen, um ihre Funktion herauszufinden“, sagt Wang. „Es wird interessant sein, weiter zu untersuchen, wie diese Genfamilie die Gefäßentwicklung beeinflusst.“