Seit der Erfindung des Mikroskops fasziniert die komplizierte und scheinbar bizarre Musterung der Pollenwände Pflanzenwissenschaftler und Naturhistoriker. Abgesehen davon, dass sie dabei helfen, die männlichen Geschlechtszellen auf ihrer Reise von Blüte zu Blüte zu schützen, bleibt die Funktion der Musterung dieser sehr starken Wände jedoch ein Rätsel. Darüber hinaus, wie ein Muster dieser Komplexität aus dem hochbeständigen Polymer hergestellt wird Sporopollenin, sich isoliert auf der Oberfläche der jungen Pollenzellen im Staubbeutel ansammelt, verblüfft Pflanzenzellbiologen weiterhin. Die Entdeckung eines neuen Gens in Reis – EXINE PATTERN DESIGNER 1 (EPAD1) – durch Prof. Wanqi Liang und Kollegen an der Shanghai Jiao Tong University, die kürzlich in Plant Cell veröffentlicht wurde, verspricht es zu werden ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie Pollenwandmuster synthetisiert werden.

Pollenwände können eine Vielzahl von Mustern haben. Bild: Medium69 / Wikimedia.

Ein Schritt zurück ins letzte Jahrhundert, Studien mit Transmissionselektronenmikroskopie und Genetik enthüllten zwei überraschende Fakten über Pollenwände. Das erste ist, dass die Architektur der Wand zwar von der jungen Geschlechtszelle „gestaltet“ wird, die meisten Materialien für die Herstellung der Wände jedoch aus der umgebenden Decke der Ammenzellen stammen (das Tapetum – aus dem Lateinischen für Teppich). Die zweite Tatsache ist, dass die Pollenwand aus zwei Komponenten besteht, die jeweils durch einen scheinbar unterschiedlichen Mechanismus hergestellt werden; zum einen das grundlegende „Grundmuster“ aus Graten und Stacheln und zum anderen eine Reihe von „Öffnungen“, durch die der Pollenkeimschlauch bei der Bestäubung austreten kann.

Mit dem Einzug der Molekularbiologie in das Zeitalter der Pflanzenforschung wurden immer mehr Gene entdeckt, die die Pollenwandentwicklung beeinflussen, viele davon von der Shanghaier Arbeitsgruppe. Die meisten dieser Gene wirken jedoch in den Taptumzellen und beeinflussen die Zusammensetzung und den Transport der Wandbestandteile – nicht aber das Muster selbst. EPAD1 ist anders: Es ist ausschließlich in den Keimzellen (jungen Geschlechtszellen) aktiv und beeinflusst die Wandmusterbildung direkt. Das Gen kodiert für ein Protein, das an die Zellmembran gerichtet ist, sowie für drei GPI-Anker, die möglicherweise die Bindung an Membranlipide ermöglichen. In ihrer Veröffentlichung vermutet die Shanghaier Arbeitsgruppe, dass EPAD1 an der Rekrutierung und Anordnung anderer regulatorischer Proteine ​​an der Zelloberfläche beteiligt sein könnte.

Der Zeitpunkt der Expression des EPAD1-Gens ist insofern besonders aufregend, als er sehr früh bei Männern auftritt.KeimbahnDie Entwicklung beginnt bereits vor den letzten Zellteilungen, aus denen die jungen Pollenzellen entstehen. Ihre Wirkung entfaltet sich jedoch erst viel später. Wie Prof. Liang erklärt: „EPAD1 wirkt erst viel später … Ich glaube, dass die Primexine (die frühe Pollenwand) keine starre Struktur ist, sondern eher flexibel und möglicherweise Phasenübergängen unterliegt …“. Dies deutet darauf hin, dass sich sehr früh ein „flüssiger Abdruck“ des Musters in der Zellmembran bildet, der später durch andere Musterbildungsmechanismen, wie beispielsweise die Markierung der Aperturen, modifiziert werden kann – eine Ansicht, die von Prof. Liang unterstützt wird, der feststellt: „… EPAD1 trägt nicht zur Bildung des Aperturmusters bei. Es scheint, dass die Apertur … und das/die (Grund-)Muster von zwei Systemen gesteuert werden, obwohl das Ausgangssignal dasselbe sein mag …“

Es ist sicherlich noch ein langer Weg, bis wir die ganze Geschichte der Entwicklung der Pollenwand kennen, aber die Entdeckung von EPAD1 ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg. Zwei wichtige unmittelbare Ziele sind die Entdeckung, wie das EPAD1-Protein zu dem Muster beiträgt und wie das Öffnungsmuster später über das ursprüngliche „Grundmuster“ gelegt wird. Die EPAD-Daten gelten natürlich nur für Reis; wie Prof. Liang sagt: „Weitere Untersuchungen zu EPAD1-Orthologen (Äquivalenten) in anderen Grasarten werden dazu beitragen, die Mechanismen zu entschlüsseln, durch die … (Pollenwand) … Muster auf die Plasma-(Zell-)Membran geprägt werden.“