Wissenschaftler entdecken neue Komponente in der am besten untersuchten Pflanze der Welt

Wageningen-Forscher haben einen bisher unbemerkten Bestandteil der Ackerschmalwand entdeckt: einen dünnen Film, der den Embryo im Samen umhüllt. Diese Entdeckung ist besonders bemerkenswert, da diese Art seit fünf Jahrzehnten intensiv untersucht wird. Das neu gewonnene Wissen über die Komponente könnte Saatgut- und Züchtungsunternehmen dabei helfen, die Gesundheit ihres Saatguts und ihrer Pflanzen zu erhalten.

Forscher der Biochemie-Gruppe von Dolf Weijers und der Mechanobiologie-Gruppe von Joris Sprakel erläuterten die Ergebnisse ihre Erkenntnisse im Tagebuch Entwicklung. Obwohl die genaue Rolle dieser neu entdeckten Komponente noch nicht klar ist, vermuten Wissenschaftler, dass die Embryonalhülle als eine Art Zwangsjacke fungiert und sicherstellt, dass der Embryo während seiner Entwicklung die richtige Form behält.

In den ersten Tagen nach der Befruchtung ist die den Embryo umgebende Nährstoffschicht noch nicht vollständig entwickelt, so dass mehr Platz zur Verfügung steht. Laut Weijers und Sprakel könnte die Membran eine entscheidende Rolle dabei spielen, sicherzustellen, dass der Embryo seine richtige Form beibehält und unkontrolliertes Wachstum und Ausbeulen von Zellen verhindert.

Unsichtbare Kraft

Trotz ihrer möglichen Rolle, die junge Pflanze in Form zu halten, ist die Embryonalhülle unglaublich dünn, was erklärt, warum Pflanzenforscher sie jahrzehntelang übersehen haben. Die Entdecker Yosapol Harnvanichvech und Cecilia Borassi stießen zufällig auf den Film, als sie versuchten, die sechzehn Zellen eines jungen Pflanzenembryos zu trennen. Eine unsichtbare Kraft hielt die Zellen zusammen. Erst als die Forscher unter dem Mikroskop untersuchten, warum sich die Zellen nicht ablösten, sahen sie den Film, der den Embryo umgab.

„Dann wussten wir, worauf wir achten mussten“, sagt Borassi begeistert. Die Pflanzenwissenschaftler scannten detaillierte Bilder von Pflanzenembryonen, die Kollegen vor Jahren mit einem Elektronenmikroskop aufgenommen hatten. „Es ist typischerweise eine dieser Komponenten, die man erst bemerkt, wenn man weiß, dass sie da ist.“

Als sich die Forscher aus Wageningen wissenschaftliche Veröffentlichungen ansahen, entdeckten sie ähnliche Membranen auf Fotos von Embryonen in Tabakpflanzen. Weijers und Sprakel sind überzeugt, dass die gleiche Komponente in vielen weiteren, wenn nicht allen Pflanzen vorkommt.

Faktor bei der Saatgutproduktion

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind für Saatgut- und Züchtungsunternehmen von Bedeutung, da angenommen wird, dass die Membran eine entscheidende Rolle für die Gesundheit von Saatgut und Embryonen spielt. „Wenn man nicht weiß, dass eine solche embryonale Membran existiert, kann man sie nicht berücksichtigen“, sagt Weijers. Eine beschädigte, deformierte oder sogar fehlende Membran könnte schwerwiegende Folgen für das Wachstum und die Entwicklung der Jungpflanze haben.

Um die genauen Konsequenzen zu verstehen, müssen Wissenschaftler die Embryonalhülle im Labor manipulieren oder entfernen. Dies erweist sich jedoch als schwierig, da die Hülle aus Fetten und Proteinen besteht, die über Querverbindungen miteinander verbunden sind. Dadurch ist es völlig elastisch, extrem fest und mit Chemikalien schwer zu zersetzen. „Wir haben es endlos versucht, aber es ist uns immer noch nicht gelungen“, sagt Harnvanichvech.

Gatekeeper als Alternativhypothese

Wenn es den Forscherkollegen gelingt, gewinnen wir Klarheit über die genaue Funktion der Membran und die Folgen etwaiger Missgeschicke. Während die Forscher vermuten, dass die zuvor erwähnte Zwangsjackenfunktion die offensichtlichste Rolle der Hülle ist, schließen sie andere Möglichkeiten nicht aus. Die Hülle könnte als Torwächter fungieren und nur eine ausgewählte Gruppe von Chemikalien passieren lassen.

„Auf diese Weise kann es die jungen, gefährdeten Embryonen vor schädlichen Substanzen schützen“, sagt Borassi. Schließlich könnte die Embryonalhülle als Ansatzpunkt für die schützende Fettschicht dienen, die die Pflanze später entwickelt. Die Fettschicht haftet möglicherweise besser an der Membran als am Embryo selbst.

Obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um die Rolle der Embryonalmembran aufzudecken, freuen sich Harnvanichvech und Borassi über ihre Entdeckung. „Es ist wirklich cool, mit der Grundlagenforschung etwas Neues zu entdecken“, sagte Borassi.