Dem verborgenen Liebesleben der Pflanzen auf der Spur

2. Dezember 2005

Bei den Bedecktsamern sind die Samenanlagen in ein Fruchtblatt-Gehäuse eingeschlossen. Der Pollen landet auf der Narbe der Blüte, bildet einen Pollenschlauch aus, und befruchtet danach mit jeweils einer seiner beiden Spermienzellen die Eizelle, aus der der Embryo hervorgeht, und die Zentralzelle, aus der das Nährgewebe erwächst. Diese doppelte Befruchtung ist das Markenzeichen aller Blütenpflanzen.

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Kernfärbung von keimenden Pollen im Wildtyp (Normalfall) und in der cdc2 Mutante aus Arabidopsis thaliana. Nachdem der... [mehr]

Kernfärbung von keimenden Pollen im Wildtyp (Normalfall) und in der cdc2 Mutante aus Arabidopsis thaliana. Nachdem der Pollen auf der Narbe gelandet ist, wird ein Schlauch ausgebildet (hier im Bild). Das Wachstum des Pollenschlauchs wird vom so genannten vegetativen Kern gesteuert (im Bild etwas größer und diffuser). Der Pollenschlauch liefert dann im Normalfall zwei Spermazellen (helle und kleinere Kerne) zum weiblichen Befruchtungspartner. In der Mutante wird Pollen mit lediglich einer Spermazelle gebildet. Nichts desto trotz kann dieser Pollen keimen (siehe Bild), zum weiblichen Partner wachsen und schließlich sogar eine, aber eben nur genau eine Befruchtung bewirken [weniger]

© Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung/Arp Schnittger

Kölner Wissenschaftler um Arp Schnittger haben eine Mutante der Modellpflanze Arabidopsis thaliana mit verändertem Pollen gefunden, cdc2-Mutante genannt. Durch eine fehlende Zellteilung bilden diese cdc2-Pflanzen Pollen mit nur einer einzigen anstelle von zwei Spermazellen. Die Forscher gingen nun der Frage nach, ob es durch den veränderten Pollen überhaupt zu einer Befruchtung kommen kann. Es stellte sich heraus, dass der mutante Pollen tatsächlich lebensfähig ist und sogar zum weiblichen Partner wachsen kann. Dort angelangt verschmilzt die einzige Spermazelle des cdc2-Pollen immer nur mit der Eizelle und nicht mit der Zentralzelle. Dies zeigt eine bisher noch nicht entdeckte Hierarchie beim Befruchtungsvorgang bei Arabidopsis.

Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler eine weitere erstaunliche Beobachtung machen: Obwohl die Zentralzelle unbefruchtet blieb, begann sich das Nährgewebe zu entwickeln. Die Forscher schlussfolgerten, dass kurz nach der Befruchtung der Eizelle ein positives Signal an die Umgebung abgegeben wird, das für ein normales Wachstum des Endosperms notwendig zu sein scheint. Da durch die cdc2-Mutante der Vorgang der Doppelbefruchtung genetisch zerlegt werden kann, eröffnet diese Mutante bisher ungeahnte Möglichkeiten, um die Entwicklung des Endosperm und des Embryos im Samen zu untersuchen. In den nächsten Monaten wollen die Forscher vor allem herausfinden, wie das Signal genau funktioniert und welche chemische Substanz sich dahinter verbirgt.

"Die Aufklärung des Mechanismus der Doppelbefruchtung bei Blütenpflanzen und die frühe Samenentwicklung sind besonders auch im Kontext der Pflanzenzüchtung interessant", sagt Arp Schnittger. "Denn eine Vermehrung ohne Befruchtung wäre für viele Züchtungen vorteilhaft."