Publikationen - Molekulare Signalverarbeitung

Pflanzen müssen gegen vielfältige biotische und abiotische Umwelteinflusse eine Abwehr aufbauen. Aber gleichzeitig müssen sie wachsen und sich vermehren. Jasmonate sind neben anderen Hormonen ein zentrales Signal bei der Etablierung von Abwehrmechanismen, aber auch Signal von Entwicklungsprozessen wie Blüten‐ und Trichombildung, sowie der Hemmung von Wachstum. Biosynthese und essentielle Komponenten der Signaltransduktion von JA und seinem biologisch aktiven Konjugat JA‐Ile sind gut untersucht. Der Rezeptor ist ein Proteinkomplex, der “JA‐Ile‐Wahrnehmung” mit proteasomalem Abbau von Repressorproteinen verbindet. Dadurch können positiv agierende Transkriptionsfaktoren wirksam werden und vielfältige Genexpressionsänderungen auslösen. Dies betrifft die Bildung von Abwehrproteinen, Enzymen der JA‐Biosynthese und Sekundärstoffbildung, und Proteinen von Signalketten und Entwicklungsprozessen. Die Kenntnisse zur JA‐Ile‐Wirkung werden in Landwirtschaft und Biotechnologie genutzt.

Animal and plant development starts with a constituting phase called embryogenesis, which evolved independently in both lineages1. Comparative anatomy of vertebrate development—based on the Meckel-Serrès law2 and von Baer’s laws of embryology3 from the early nineteenth century—shows that embryos from various taxa appear different in early stages, converge to a similar form during mid-embryogenesis, and again diverge in later stages. This morphogenetic series is known as the embryonic ‘hourglass’4,5, and its bottleneck of high conservation in mid-embryogenesis is referred to as the phylotypic stage6. Recent analyses in zebrafish and Drosophila embryos provided convincing molecular support for the hourglass model, because during the phylotypic stage the transcriptome was dominated by ancient genes7 and global gene expression profiles were reported to be most conserved8. Although extensively explored in animals, an embryonic hourglass has not been reported in plants, which represent the second major kingdom in the tree of life that evolved embryogenesis. Here we provide phylotranscriptomic evidence for a molecular embryonic hourglass in Arabidopsis thaliana, using two complementary approaches. This is particularly significant because the possible absence of an hourglass based on morphological features in plants suggests that morphological and molecular patterns might be uncoupled. Together with the reported developmental hourglass patterns in animals, these findings indicate convergent evolution of the molecular hourglass and a conserved logic of embryogenesis across kingdoms.

Chemische Signale wurden bereits im 19.Jahrhundert als Regulatoren von Wachstum und Entwicklung der Pflanzen postuliert.In den letzten 70 Jahren wurde die Wirkungsweise der klassischen Pflanzenhormone wie der Auxine, Gibberelline, Cytokinine, Ethylen und Abscisinsäure aufgeklärt. Doch erst im letzten Jahrzehnt entdeckte man die Bedeutung der Brassinosteroide, der Peptidhormone und der Jasmonate.