Ursprünglicher Kontrollmechanismus der Pflanzenentwicklung identifiziert

Forschern der Universität Zürich ist es in einer europäischen Zusammenarbeit gelungen, einen neuen Mechanismus der Homöostase des Pflanzenhormons Auxin zu identifizieren. Wie sie in «Nature» berichten, schleust das Transportprotein namens PIN5 Auxin nicht aus der Zelle heraus, sondern transportiert es in ein Zell-Kompartiment. Dabei handelt es sich vermutlich um einen ursprünglichen Mechanismus, der sich bereits in Moosen findet.

Bereits Charles Darwin postulierte die Existenz eines «gewissen Einflusses», der das Wachstum und die Entwicklung höherer Pflanzen weitgehend bestimmt. Heute wissen wir, dass es sich dabei um das Pflanzenhormon Auxin handelt. Dieses für das Pflanzenwachstum so wichtige Hormon wird gerichtet von Zelle zu Zelle bis zum Bestimmungsort transportiert. Der Auxin-Gehalt in den Zielzellen bestimmt dann, ob beispielsweise eine Wurzel oder ein Blatt wächst. Gesteuert wird dieser polare Auxin-Transport durch so genannte PIN-Proteine, die die Richtung und den Fluss des Auxins bestimmen.

Die Arbeitsgruppe von Dr. Markus Geisler vom Institut für Pflanzenbiologie der Universität Zürich hat nun herausgefunden, dass eine verkürzte Variante namens PIN5 natürliche und synthetische Auxine transportieren kann. Das Team um Dr. Jiri Friml von der Universität Gent, das federführend diese Nature-Publikation verantwortet, fand heraus, dass wie erwartet die Manipulation der PIN5-Expression zu schweren entwicklungsbiologischen Defekten führt. Überraschenderweise fanden die Forschenden PIN5 aber nicht auf der Plasmamembran, sondern innerhalb der Zelle, im so genannten Endoplasmatischen Retikulum (ER). Das importierte Auxin wird dort anscheinend an Aminosäuren gebunden und damit inaktiviert. Somit steht es nicht mehr für den Export zur Verfügung, was mit den in Zürich gefundenen Transportdaten übereinstimmt.

Import von Auxin in das ER ist ein ursprünglicher Mechanismus
Wie Markus Geisler erklärt, sind PIN-Proteine relative neue Auxin-Transporter, die nur in Landpflanzen vorkommen. Die Ergebnisse der Studie weisen darauf hin, dass PINs, die eng mit PIN5 verwandt sind, alle auf dem Endoplasmatischen Retikulum sitzen, während eine andere Gruppe von PIN-Homologen auf der Plasmamembran exprimiert werden. Interessanterweise sitzen PINs des Lebermooses Physcomitrella, eine der einfachsten Landpflanzen, auch auf dem Endoplasmatischen Retikulum. Dies deutet gemäss Markus Geisler daraufhin, dass der Auxintransport ins Endoplasmatischen Retikulum ein eher ursprünglicher Mechanismus ist.

«Darwin hätte sich gefreut, dass es gelungen ist, einen bisher unbekannten Kontrollmechanismus der Pflanzenentwicklung zu klären,» glaubt Dr. Markus Geisler. «Auch wenn er die Komplexität des Auxin-Transportes nur erahnen konnte, so war er dennoch bereits vor 130 Jahren von dessen Wirkungsweise fasziniert.»

Originalbeitrag:
Jozef Mravec, Petr Skpa, Aurélien Bailly, Klára Hoyerová, Pavel Keek, Agnieszka Bielach, Jan Petráek, Jing Zhang, Vassilena Gaykova, York-Dieter Stierhof, Petre I. Dobrev, Kateina Schwarzerová, Jakub Rolík, Daniela Seifertová, Christian Luschnig, Eva Benková, Eva Zaímalová, Markus Geisler & Jií Friml: Subcellular homeostasis of phytohormone auxin is mediated by the ER-localized PIN5 transporter. In: Nature, 7. Juni 2009, doi:10.1038/nature08066