Eine gute Möglichkeit, eine Pflanze zu identifizieren, sind ihre Blüten. Obwohl es viele verschiedene Blütenarten gibt, ähneln sich die Blüten der einzelnen Arten oft sehr stark. Man würde daher einen präzisen Mechanismus für die Blütenentwicklung erwarten. Untersuchungen von Kong und Kollegen legen nahe, dass es ist überraschend chaotisch.
In den Zellen, die Blüten bilden, werden Gene durch Hormone an- oder ausgeschaltet. Kong und Kollegen wollten untersuchen, wie variabel die Reaktion von Zelle zu Zelle auf das Hormon Auxin ist. Sie brauchten eine Methode, um in die Zellen hineinzuschauen, sobald das Hormon eintrifft. Daher verwendeten sie eine modifizierte Form der Ackerschmalwand. Diese Pflanze, auch bekannt als Arabidopsis thalianaist für Botaniker das Äquivalent einer Laborratte. Sie gaben der Pflanze leuchtende Reportermoleküle, Moleküle, die fluoreszieren, wenn Gene aktiviert werden, um drei Auxin-responsive Gene zu verfolgen, darunter eines namens DR5 unter dem Mikroskop.
Kong und Kollegen fanden heraus, dass DR5 Obwohl die Aktivität durch Auxin „angeschaltet“ wurde, variierte sie von Zelle zu Zelle stark – nicht aufgrund unterschiedlicher Auxinwerte, sondern aufgrund zufälliger Schwankungen innerhalb der Zellen selbst. Dies konnten die Forscher in den Kelchblättern der Pflanze beobachten.
Kelchblätter sind die robusten, grünen, blattähnlichen Organe an der Basis der Knospe, die die entstehende Blüte schützen. Obwohl die Zellen einzeln „laut“ und unvorhersehbar sind, bildet die Pflanze wiederholt vier schützende Kelchblätter in einem perfekten Muster.
„Ich dachte wirklich, dass es, wenn wir diese vier [kelchbildenden] Regionen erreichen, viel weniger Zufälligkeit geben würde – aber das ist nicht der Fall“, sagte Laborleiterin Adrienne Roeder in eine Pressemitteilung„Trotz des Lärms sind irgendwie immer noch diese sehr deutlichen Flecken zu sehen, wo die Kelchorgane entstehen.“
Der Schlüssel liegt in einem Prozess namens „räumliche Mittelung“. Während jede einzelne Zelle als Reaktion auf das Hormon ihre eigenen Aktivitäten ausführt, arbeiten Zellgruppen zusammen, um das Rauschen auszugleichen. Dadurch kann die Pflanze den Zufall nutzen, wenn sie ihn will, und ihn ignorieren, wenn nicht, sagt Roeder.
„Letztendlich stellt die Forschung die Vorstellung in Frage, dass biologische Präzision perfekte Kontrolle erfordert“, sagt Röder„Stattdessen zeigt es, dass die Natur den Zufall nicht ausschließt – sie baut zuverlässige Systeme und Prozesse auf, die trotz allem funktionieren.“
Das Team interessiert sich nicht nur dafür, was die Pflanze gut kann, sondern auch dafür, wie und warum der Prozess scheitert. Dies könnte auch für Prozesse weit über Pflanzen hinaus nützlich sein, beispielsweise bei Krebs, wo zufällige Genaktivität die Tumorentwicklung vorantreiben kann.
Kong, S., Rusnak, B., Zhu, M. und Roeder, AHK (2025) „Stochastische Genexpression bei der Auxinsignalisierung im Blütenmeristem von Arabidopsis thaliana“, Nature Communications veröffentlicht , 16(1), S. 4682. https://doi.org/g9k3k
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Das Titelbild zeigt Blütenknospen, die sich aus den Stammzellen von Arabidopsis thalianaUm zu zeigen, wie zufällig das Gen DR5 aktiviert ist, verwendeten die Forscher zwei identische Kopien des Gens – eine leuchtet blau, die andere gelb. In einigen Zellen sind beide aktiv (erscheinen weiß), während andere nur blau oder nur gelb leuchten, was die Zufälligkeit unterstreicht. Dennoch DR5 ist grundsätzlich dort aktiv, wo das Hormon Auxin es anweist. Alle Zellkerne sind magenta markiert. Bildnachweis: Shuyao Kong.
