Lebendbeobachtung der Reifeteilung

5. Juli 2019, von Maria Latos

Foto: UHH/MIN/Schnittger

Staubbeutel-Hälften einer Arabidopsis-Blüte. In ihnen liegen die Zellen, welche die Meiose durchlaufen. Damit die verschiedenen Zellbausteine besser sichtbar sind, wurden sie fluoreszierend markiert.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger vom Fachbereich Biologie hat eine Methode zur Beobachtung der Reifeteilung in der Pflanze entwickelt. Dieses Wissen trägt nicht nur zum grundlegenden Verständnis der Meiose bei, sondern könnte auch in Zukunft für die pflanzliche Züchtung von großer Bedeutung sein. Die Studie ist nun in der Fachzeitschrift "eLife" erschienen.

Die Reifeteilung, auch Meiose genannt, ist von essenzieller Bedeutung für alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen, denn sie erfüllt zwei wichtige Aufgaben: Sie halbiert den Chromosomensatz und trägt zur genetischen Vielfalt bei. Üblicherweise ist bei den meisten Organismen jedes Gen zweimal im Genom vorhanden – einmal auf einem Chromosom, was sie von der Mutter erhalten haben und einmal auf dem väterlichen Chromosom. Damit der Chromosomensatz von Generation zu Generation nicht verdoppelt wird, muss dieser während der Meiose halbiert werden.

Störungen in der Meiose haben meist dramatische Auswirkungen auf die Nachkommenschaft und führen zum Beispiel zu Fehlbildungen. „Trotz der großen Bedeutung für zahlreiche Organismen sind noch viele Prozesse in der Meiose unklar“, sagt Prof. Arp Schnittger. „Mit unserem System zur Lebendbeobachtung können wir nun viel genauer in die molekularen Mechanismen der Meiose schauen.“

Für ihre Untersuchungen verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) und führten sogenannte Reporter und Marker in den Organismus ein, welche die DNA und andere Komponenten in verschiedenen Farben sichtbar machten. Anschließend untersuchte das Team die Organismen mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops und konnte insgesamt elf  immer wiederkehrende Zustände in den verschiedenen Stadien der Meiose identifizieren. Diese unterscheiden sich voneinander und treten immer in der gleichen Reihenfolge in jeder Zelle auf, welche die Meiose durchläuft.

Das von der Gruppe entwickelte System ermöglicht damit eine genaue Bestimmung der verschiedenen Stadien der Meiose. Das tiefere Verständnis über den Ablauf der Reifeteilung könnte unter anderem dazu beitragen, die Entstehung von Mutationen besser zu verstehen und neue Möglichkeiten im Bereich der Pflanzenzüchtung eröffnen.