Doppelte Befruchtung bei Pflanzen umgangen

Die rund 250'000 verschiedenen Arten von Blütenpflanzen haben einen komplizierten Befruchtungsmechanismus. Im Gegensatz zur einfachen Befruchtung, wie etwa beim Menschen, verschmelzen bei den Blütenpflanzen jeweils zwei weibliche und zwei männliche Keimzellen.

Dabei entstehen auch zwei Befruchtungsprodukte. Aus dem ersten entwickelt sich der Embryo, der zur Pflanze heranwächst und aus dem zweiten geht ein Nährgewebe hervor, das Endosperm genannt wird.

Die Bildung des Endosperms ist einzigartig im Pflanzenreich, ihr Ursprung ist bis heute jedoch nicht geklärt.

Die Kölner Forscher um Arp Schnittger fanden einen Weg, wie sie die doppelte Befruchtung experimentell umgehen konnten. Sie erhielten auch nach einfacher Befruchtung einen lebensfähigen Embryo, der während seiner Reifung von einem Endosperm ernährt wird, welches nun aber rein mütterlichen Ursprungs ist.

100 Jahre alte Hypothese bestätigt

Die Forscher konnten damit übrigens eine über 100 Jahre alte Hypothese des Botanikers Eduard Strasburger bestätigen. Strasburger war aufgrund mikroskopischer Beobachtungen zu der Annahme gekommen, dass sich das Endosperm ursprünglich aus dem mütterlichen Gewebe entwickelt hat, und dass das Wachstum dieses Gewebes durch die doppelte Befruchtung nur angeregt wird.

Den Forschern ist es darüber hinaus aber auch gelungen zu klären, welche Rolle die männliche Keimzelle dann bei der Entwicklung des Endosperms spielt. «Bei der Fortpflanzung werden zusätzliche Informationen an die Nachkommen weitergegeben, die nicht in der DNA-Sequenz 'beschrieben', sondern durch strukturelle Merkmale der Chromosomen oder der DNA bedingt sind», erklärt Schnittger.

Diese so genannte epigenetische Information reguliert hauptsächlich das Ablesen der Gene, die so genannte Genexpression. Im Fall der doppelten Befruchtung bei Blütenpflanzen ist es insbesondere der Befehl der männlichen Keimzelle zum vermehrten Wachstum des Endosperms.

Unterschiedlich stark exprimiert

Eine besondere Art der epigenetischen Regulation führt dazu, dass bestimmte Gene in den Nachkommen unterschiedlich stark exprimiert werden - je nachdem, ob eine Kopie des Gens von der Mutter oder vom Vater kommt. Dieses Phänomen wird als Imprinting bezeichnet und existiert nicht nur bei Blütenpflanzen, sondern auch beim Menschen. Imprinting ist auch bei Säugetieren wichtig für die Regulation des embryonalen Wachstums.

«Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei Pflanzen das Imprinting an sich nicht notwendig ist, wenn man das mütterliche und das väterliche Genom neutralisiert», sagt Schnittger. «Eine spannende Hypothese ist nun, dass möglicherweise das Gleiche auch für Säugetiere zutrifft.»

(li/pte)