WUSCHEL und die Metamorphose der Pflanzen

News: WUSCHEL und die Metamorphose der Pflanzen

Johann Wolfgang von Goethe war nicht nur ein großer Dichter, sondern auch ein bedeutender Naturforscher. Er vermutete, dass die farbenprächtigen Blüten der Pflanzenwelt aus nichts anderem als aus umgewandelten Blätter entstehen. Jetzt, nach zweihundert Jahren, bestätigen Genetiker seine für die damalige Zeit gewagte Hypothese und entschlüsselten die Klaviatur der Gene, welche die Blütenbildung steuern.

Andreas Jahn

Vier konzentrische Kreise, auch Wirteln genannt, bilden die typische Blüte der Samenpflanzen: Umschlossen von meist unscheinbaren, grünen Kelchblättern stehen die auffällig gefärbten Kronblätter, welche Insekten oder andere Blütenbestäuber anlocken. Dann folgen die männlichen Staubblätter, während in der Mitte die weiblichen Fruchtblätter den Fruchtknoten bilden, aus dem sich später, nach der Bestäubung, die Frucht mit der Samenanlage entwickelt.

Dieses Modell ist heute jedem Botaniker geläufig. Doch der "Vater der Systematik" Carl von Linné fasste die Blüte noch als ein eigenes, von vielen unterscheidbaren Organen der Pflanzen auf. Erst Johann Wolfgang von Goethe räumte 1790 mit dieser Vielzahl auf: Er betrachtete alle Pflanzenteile, mit Ausnahme der Wurzel und der Sprossachse, als sukzessive Umwandlungen des Grundorgans "Blatt". Durch diese "Metamorphose" lassen sich alle Seitenorgane, und damit auch die Blüten, ableiten. Damals galt seine Hypothese als gewagt, doch inzwischen hat sie Eingang in die Lehrbücher der Botanik gefunden. Wie aus einfachen Blättern die Vielzahl der farbenprächtigen Blüten des Pflanzenreichs entstehen können, blieb jedoch nach wie vor rätselhaft.

Zweihundert Jahre später sucht die Arbeitsgruppe von Detlef Weigel vom Salk Institute for Biological Studies in La Jolla nach den genetischen Mechanismen, die dieser Metamorphose zu Grunde liegen. Bei ihren Forschungen mit dem "Haustier" der Botaniker, der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, fanden sie bereits das Gen LEAFY, das die Blütenbildung auf der Sprossachse induziert. Jetzt schauten sich die Pflanzengenetiker ein weiteres Gen an, das auf den schönen Namen WUSCHEL, oder kurz WUS, hört. Von diesem Gen war bekannt, dass es für die Blattbildung verantwortlich ist.

Es zeigte sich, dass beide Gene Hand in Hand arbeiten. "Es gibt einen Faktor, LEAFY, der dafür sorgt, dass sich Blüten vom Spross unterscheiden", erklärt Weigel. "Und dann gibt es einen anderen Faktor, WUS, der dafür sorgt, dass sich das Zentrum [des Sprosses] von der Peripherie unterscheidet, jedoch nichts mit der Spezifität von Blüten zu tun hat. Aber dann tun sich beide zusammen und bilden das Blütenzentrum."

Dabei wird noch ein drittes Gen namens AGAMOUS aktiviert. Es sorgt für die Entwicklung der beiden inneren Kreise, der Staub- und Fruchtblätter. AGAMOUS wiederum hemmt WUS, sodass die Blüte ihr Wachstum einstellt. "WUS induziert seinen eigenen Repressor und sorgt somit dafür, dass die Blüte nicht ewig weiter wächst – ein besonders wichtiger Unterschied zwischen Blüte und Sprossachse", meint Weigel.

Die Genetiker wollten mit ihren Arbeiten jedoch nicht nur die Idee eines deutschen Dichters bestätigen. Sie denken auch etwas profaner über wirtschaftliche Vorteile nach – zum Beispiel über die Produktion größerer Früchte. "Früchte entstehen aus dem Zentrum einer Blüte", betont Weigel und nennt gleich ein Beispiel: "Große Tomaten entstehen, wenn Sie mehr Blütenblätter als bei normalen Tomaten haben. Sie können daher höchst wahrscheinlich mit der Fruchtgröße spielen, wenn Sie irgendwie mit der Wechselwirkung der beiden Gene spielen."