Pflanzenwurzeln schrauben sich wie ein Bohrer in den Boden
Pflanzenwurzeln schrauben sich wie ein Bohrer in den Boden. Das zeigte ein internationales Forscherteam mit Beteiligung aus Österreich in einer im Fachblatt "Nature Communications" veröffentlichten Arbeit. Sie konnten dabei das schraubenartige Wachstum der Wurzeln u.a. mithilfe eines Rechenmodells entschlüsseln, das zur Untersuchung von Krebszellen entworfen wurde. An der Studie beteiligte Krebsforscher vermuten, dass Krebszellen ähnlich in gesundes Gewebe eindringen könnten.
Die Wissenschafter um Eilon Shani von der School of Plant Sciences and Food Security und Ilan Tsarfaty von der Abteilung für klinische Mikrobiologie und Immunologie (beide Universität Tel Aviv) verwendeten für ihre Arbeit, an der auch Lukas Hörmayer und Jiri Friml vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) beteiligt waren, als Modell Arabidopsis-Pflanzen. Durch eine fluoreszierende Markierung der Zellkerne konnten sie den Wachstumsprozess und die Bewegung der Zellen an der Wurzelspitze durch ein Mikroskop beobachten - jeweils etwa 1.000 Zellen in einem Film.
Zusätzlich bauten sie ein genetisches System, das die Aktivierung und Inaktivierung des Pflanzenhormons Auxin in ausgewählten Zellen ermöglicht. So konnten sie untersuchen, wie die Bewegung ausgelöst und gesteuert wird - und zwar nicht nur in den drei Raumdimensionen, sondern auch im Laufe der Zeit. Nach jeder Auxin-Aktivierung wurde jede der tausend Zellen 24 Stunden per Video aufgezeichnet.
Enorme Datenmenge
Das ergab eine enorme Menge an Daten. Diese analysierten sie mithilfe eines Berechnungsmodells, das ursprünglich für die Überwachung von Krebswucherungen entwickelt worden waren. "Wir sahen, dass sich die Zellen an der Wurzelspitze in einer spiralförmigen Bewegung bewegen - wie ein Bohrer, der in die Erde eindringt", erklärte Shani in einer Aussendung. Zudem konnten sie mittels fluoreszierender Markierung sehen, wie Auxin die Schraubbewegung an der Wurzelspitze steuert.
Tsarfaty betont, dass die Prozesse in Pflanzen viel schneller ablaufen würden und daher ein hervorragendes Modell seien. Aus diesem Grund untersucht er derzeit die Möglichkeit einer ähnlichen schraubenartigen Bewegung von Krebszellen, um in gesundes Gewebe in der Umgebung des Tumors einzudringen oder in verschiedenen Organen des Körpers Metastasen zu bilden.
Service: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21802-3; Video zum Wurzelwachstum: https://www.youtube.com/watch?v=hcstOkTQi5Q