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Spermazellen sind passive Ladung bei Blütenpflanzen

Erfolgreiche Kooperation der Universität Regensburg mit der Peking Universität und der Rutgers Universität


Pressemitteilung vom 19. Juni 2017

Die langjährige Kooperation zwischen der Universität Regensburg, der Peking Universität in Beijing (China) und der Rutgers Universität in New Jersey (USA) zeigt mit zwei hochrangigen Publikationen in „Current Biology“ und „Nature Plants“ erste Erfolge.

Die Verschmelzung von Ei- und Spermazelle (Befruchtung) markiert bei den sexuellen Organismen den Beginn neuen Lebens und eines neuen Individuums. Bei den Blütenpflanzen ist dieser Prozess besonders komplex und beinhaltet eine doppelte Befruchtung, wobei eine Samenzelle mit der Eizelle verschmilzt woraus sich ein Embryo entwickelt und die zweite Spermazelle die so genannte Zentralzelle befruchtet, woraus das Endosperm entsteht. Die beiden Befruchtungsprodukte sind die Hauptbestandteile pflanzlicher Samen und stellen somit die Ernährungsgrundlage zahlreicher Tiere und des Menschen dar. Eine weitere Besonderheit bei Blütenpflanzen stellt der Verlust der Mobilität der Spermazellen dar. Während Spermazellen bei den meisten Tieren und beim Menschen beweglich sind und von der Eizelle der eigenen Art angelockt werden, haben Pflanzen in Anpassung an kalte und trockene Standorte neue Fortpflanzungsstrategien entwickelt. Ursprünglichere Pflanzen, wie Moose und Farne, die bevorzugt an feuchten Standorten wachsen, besitzen noch bewegliche Spermazellen, während Samenpflanzen, wie die Nadelbäume und die vorherrschenden Blütenpflanzen, die Spermazellen in Pollenkörner einschließen. Spermazellen sind so nicht nur geschützt, sondern können auch durch Wind oder mit Hilfe von Tieren über große Distanzen transportiert werden. Gelangen die Pollenkörner auf Blüten der eigenen Art, keimen die Pollenkörner, und die Spermazellen werden mit Hilfe des Pollenschlauchs tief ins mütterliche Gewebe transportiert und im Eiapparat freigesetzt, wo es zur doppelten Befruchtung kommt.

Inwieweit Spermazellen bei Blütenpflanzen die Pollenschläuche und damit ihre Reise zum Eiapparat selbst regulieren wird seit langem debattiert. Mit Hilfe einer neuen Mutante, bei der teilweise Pollenschläuche ohne Spermazellen gebildet werden, konnten Forscher am Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie der Universität Regensburg, der Peking Universität in Beijing (China) und der Rutgers Universität in New Jersey (USA) jetzt diese Diskussion beenden und zeigen, dass Spermazellen eine rein passive Ladung darstellen. Auch ohne Spermazell-Ladung keimen Pollenschläuche, dringen ins maternale Gewebe ein, werden vom Eiapparat angelockt und platzen um ihre vermeintliche Ladung freizusetzen. Besondere Herausforderungen bei dieser Studie waren u.a. die Identifizierung einer geeigneten Mutante, daneben die Selektion von lebenden Pollenkörnern, die keine Spermazellen enthielten, sowie der Nachweis, dass es sich beim verbliebenen Kern im Pollenschlauch nicht um eine Vorläuferzelle von Spermazellen handelt.
Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal „Nature Plants“ veröffentlicht. Publikation: DOI: 10.1038/nplants.2017.79.

Bereits im vergangen Jahr haben Forscher der drei beteiligten Universitäten über eine neue Gruppe von kleinen Proteinen (ENODLs oder ENs) berichtet, die spezifisch im mütterlichen Gewebe vorkommen und für die Spermazellfreisetzung im Eiapparat notwendig sind. Hierbei interagieren sogenannte ENODLs mit dem zentralen Rezeptorprotein FERONIA, welches die Kommunikation zwischen ankommendem Pollenschlauch und Eiapparat vermittelt.
Diese Ergebnisse wurden im Fachjournal „Current Biology“ veröffentlicht. Publikation: DOI: 10.1016/j.cub.2016.06.053.

Die erfolgreiche Kooperation zwischen den Universitäten wird weiter ausgebaut durch den Austausch von Studierenden und Wissenschaftlern der beteiligten Institute. In einer weiteren Kooperation wird aktuell an der Rolle von kleinen, vom Pollenschlauch und Eiapparat sekretierten Peptiden und deren Rezeptoren geforscht. Hierzu werden sich ab August zwei Doktorandinnen der Peking Universität für ein Jahr an der Universität Regensburg aufhalten und im Gegenzug wird ein Doktorand der Universität Regensburg für mehrere Monate nach Beijing gehen. Ab dem kommenden Wintersemester wird auch Professor Dresselhaus aus Regensburg in Beijing Studierende unterrichten. Besonders erfreulich ist dieser produktive Austausch auf internationaler Ebene mit zwei renommierten Instituten in China und den USA gerade auch im Bereich der Nachwuchswissenschaftler.


Spermazellen-pollenschlauch

Zwei Spermazellen (grün; Zellkerne in rot) werden als passive Ladung mit Hilfe eines "Hakens" (rechts) im Pollenschlauch transportiert. Foto: PD Dr. Stefanie Sprunck


Ansprechpartner für Medienvertreter

Prof. Dr. Thomas Dresselhaus
Universität Regensburg
Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie
Telefon 0941 943-3016
E-Mail thomas.dresselhaus@ur.de

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