Wie wird aus einer einzelnen Pflanzenzelle ein funktionierender Pollen? Und wer sagt dem Pollenkorn, wie es sich entwickeln soll? Bekannt ist, dass dabei sogenannte kleine RNAs eine wichtige Rolle spielen. Das sind kurze RNA-Moleküle, die steuern können, welche Gene in einer Zelle aktiv sind und welche nicht. Bislang gingen Forschende davon aus, dass die für die Pollenentwicklung notwendigen kleinen RNAs im Pollen selbst und im direkt umliegenden Gewebe entstehen.
Doch nun haben Forschende um Jiali Zhu vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam herausgefunden: Die entscheidenden Signale stammen nicht aus dem Pollen, sondern aus mütterlichem Gewebe der Pflanze. Sie werden über weite Strecken, etwa aus den Wurzeln, transportiert. „Sie werden in mütterlichen Geweben gebildet, gelangen in den männlichen Teil der Pflanze und sind dort entscheidend für eine normale Pollenreifung“, erklärt Zhu.
Pfropfen zeigt, woher die Signale kommen
Um herauszufinden, woher die RNA-Signale im Pollen kommen, hatte das Forschungsteam eine klassische Methode der Pflanzenzucht eingesetzt: das Pfropfen. Dabei verbanden sie den oberen Teil einer Pflanze und den Wurzelstock einer anderen Pflanze miteinander. Als Modell nutzten Zhu und ihre Kollegen das Rötliche Hirtentäschel (Capsella rubella), ein kleines, zu den Kreuzblütlern gehörendes Kraut. Im ersten Test schalteten sie gezielt die RNA-Polymerase in diesen Pflanzen aus. Dieses Enzym braucht die Pflanze, um bestimmte kleine RNAs zu bilden. Wurde dieses Enzym deaktiviert, stoppte die Pollenentwicklung bei den Testpflanzen früh. Sie bildeten kaum reife Pollen und setzten keine Samen an.
Die Überraschung jedoch: Pfropften die Forschenden einen auf diese Weise veränderten Spross auf einen normalen Wurzelstock mit funktionierender RNA-Polymerase, bildeten die Pflanzen wieder reife Pollen und Samen. Der normale Wurzelstock konnte also offenbar die Signale liefern, die dem oberen Pflanzenteil fehlten. „Unsere Daten zeigen, dass kleine RNAs wie mobile Entwicklungsanweisungen wirken können“, sagt Zhu.
Keine dauerhafte Umprogrammierung
Die Forschenden untersuchten auch, wie diese kleinen RNAs die Pollenentwicklung regulieren. Dabei zeigte sich: Sie verändern das Erbgut nicht dauerhaft. Statt langfristige epigenetische Spuren zu hinterlassen, greifen die „SMS“ aus dem mütterlichen Gewebe offenbar direkt in laufende Prozesse ein. Die Nachrichten funktionieren also eher wie kurzfristige Steuerbefehle.
Spannend ist außerdem, dass die neuentdeckten kleinen RNAs anderen, bereits aus der Pflanzenphysiologie bekannten RNA-Molekülen ähneln, den sogenannten reproduktiven phasiRNAs. Diese spielen bei vielen Blütenpflanzen eine zentrale Rolle für die männliche Fruchtbarkeit. Bislang gingen Biologen jedoch davon aus, dass dieses System bei Kreuzblütlern nicht vorhanden ist, zu denen neben dem Hirtentäschel auch Pflanzen wie Kohl oder Senf gehören. Die Studie deutet nun darauf hin, dass es dort doch einen ähnlichen Mechanismus geben könnte. „Sehr wahrscheinlich ist dieser Mechanismus auch in weiteren Pflanzenarten konserviert“, sagt Seniorautorin Claudia Köhler vom Max-Planck-Institut.
Neuer Blick auf die Fortpflanzung von Pflanzen
Die Ergebnisse verändern damit den Blick auf die Fortpflanzung von Pflanzen. Kleine RNAs wirken demnach nicht nur lokal in einzelnen Zellen. Sie können auch als mobile Botenstoffe Informationen zwischen verschiedenen Pflanzenteilen transportieren und so die Entwicklung der nächsten Generation steuern. Zugleich bleiben viele Fragen offen: „Welche Nachrichten werden in mütterlichen Geweben erzeugt? Wie werden sie durch die Pflanze transportiert? Und wie stark verknüpft die Pflanze ihre Fortpflanzung auf diese Weise mit Umweltbedingungen oder ihrem eigenen Entwicklungszustand?”, so Köhler. In der Pflanzenreproduktion gibt es ihr zufolge also noch viel zu entdecken.
Quelle: Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; Fachartikel: Nature Plants, doi: 10.1038/s41477-026-02219-6
