Frühe Ereignisse der Signalkette
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Auxin entfaltet seine Wirkung, indem es im Zellkern von Proteinen erkannt und gebunden wird. Durch die Bindung des Hormons werden andere Proteine (Rezeptoren) aktiviert, sodass das Signal von einem Interaktionspartner zum nächsten übertragen wird. Am Ende der Signalübertragung werden all jene Gene aktiviert, die für eine entsprechende physiologische Reaktion der Pflanze notwendig sind. Das können Gene mit wachstumsinduzierender Wirkung sein, die z.B. Teilung, Streckung und Differenzierung der Zellen anregen.
Während man zu diesen Auxin-aktivierten Genen bereits einiges weiß, ist zu den frühen Ereignissen der Signalkette - der Bindung des Hormons an seinen Rezeptor – noch wenig bekannt. Jedoch eine wesentliche Komponente, um zu verstehen, wie und warum ein einziges Signalmolekül wie Auxin, so viele verschiedene Gene aktivieren kann.
Unterschiedliche Gene zu unterschiedlichen Zeitpunkten aktiviert
Die beiden Hauptakteure, der TIR1-Rezeptor und der sogenannte AUX/IAA-Repressor – ein Protein, das die entsprechenden Wachstums- und Entwicklungsgene blockiert – werden durch Auxin aneinander gekoppelt.
Bei Arabidopsis thaliana kennt man bisher sechs verschiedene TIR1-ähnliche Rezeptorproteine und 29 verschiedene AUX/IAA-Repressorproteine, die das Hormon aneinander koppeln kann. Über die resultierende Vielzahl unterschiedlicher möglicher Rezeptorkomplexe könnte Auxin bewirken, dass die Pflanze auf verschiedene Herausforderungen mit der jeweils benötigten Aktivierung der Wachstums- oder Entwicklungsgene reagiert.
Dass dies tatsächlich passiert, konnte jetzt von den Pflanzenexperten sehr schön gezeigt werden. Dafür wurden zwei konkrete Repressorproteine in ihrem Bindungsverhalten zu Auxin und zum TIR1-Rezeptor verglichen. Der Rezeptorkomplex TIR1-IAA19 bindet das Phytohormon stärker und initiiert auch alle nachfolgenden Schritte der Signalübertragung stärker als der Rezeptorkomplex TIR1-IAA6. Folglich können unterschiedliche Gene in unterschiedlichen Geweben und zu unterschiedlichen Zeitpunkten aktiviert werden.
Miteinander verwandte Gene sichern Pflanzenbestand
Das Interessante an den untersuchten Repressoren IAA6 und IAA19 ist ihr sehr ähnlicher Aufbau. Die beiden Gene bilden ein sogenanntes Geschwisterpaar; das eine Gen ist während der Evolution aus dem anderen hervorgegangen.
Durch solche Genomverdopplungen gewinnen Pflanzen genetischen Freiraum für Mutationen, den sie benötigen, um sich fortwährend an klimatische Veränderungen anzupassen. Nur mit dieser genetischen Flexibilität als Ursache für die Entstehung von neuen Proteinen haben Pflanzen bis heute überlebt.
Quelle: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
