Apikale Meristeme und Musterbildung

Als Quelle für alle neuen Zellen der wachsenden Pflanze spielt das Meristem eine wichtige Rolle bei der Bildung neuer Organe und bei der korrekten Platzierung dieser Organe im Pflanzenkörper. Der Prozess, durch den diese Organisation geschieht, wird als Musterbildung bezeichnet und wird bei Pflanzen durch das Meristem gesteuert. Um diese Aufgabe zu erfüllen, müssen die meristematischen Zellen in der Lage sein, ihre Position in der Pflanze zu interpretieren und ein bestimmtes Schicksal zu bestimmen.

Bei der Entwicklung eines neuen Blattes zum Beispiel müssen sich die sich teilenden Zellen des Meristems in mehrere verschiedene Funktionstypen von Epidermis- und Parenchymzellen differenzieren. Sie müssen sich jedoch nicht in reproduktive Zellen differenzieren, wie sie in einer Blüte vorkommen. Wie kommt es, dass meristematische Zellen „wissen“, was sie werden sollen? Die sich aktiv teilenden Zellen des apikalen Meristems nutzen Positionshinweise wie Hormone und Zell-Zell-Interaktionen als Wegweiser während der Differenzierung. Darüber hinaus führen diese Positionshinweise zur Aktivierung bestimmter Gene und zur Inaktivierung anderer Gene in einer Gruppe von Zellen, wodurch ihr spezifisches Differenzierungsmuster auf der Grundlage ihrer räumlichen Lage in der Pflanze eingeleitet wird. Die spezifischen Gene, die während dieses Prozesses zunächst in den Meristemzellen aktiviert werden, werden homöotische Gene genannt. Diese Gene kodieren eine Familie von Transkriptionsfaktoren, die, einmal aktiviert, das Schicksal einer Zelle bestimmen, indem sie eine ganze Reihe anderer Gene aktivieren und inaktivieren.

Ein Mechanismus der differentiellen Genexpression (die Aktivierung und Inaktivierung von Genen während der Differenzierung und Organentwicklung) ist die Bindung von Pflanzenhormonen an die Oberfläche der sich entwickelnden Zelle. Es hat sich gezeigt, dass Hormone wie Cytokinine die Transkription und Translation von Ribonukleinsäure (RNA) beeinflussen. Es wird angenommen, dass die Anwesenheit von Cytokininen und einer anderen Klasse von Hormonen, den Auxinen, wichtig für die richtige Entwicklung von Wurzeln und Sprossen ist. Wenn im Labor ein Satz undifferenzierter Meristemzellen in Kultur gezüchtet wird, werden sie sich nicht zu einem Pflanzenembryo entwickeln, wenn sie nicht mit Auxin und Cytokinin stimuliert werden. Ein hohes Cytokinin/Auxin-Verhältnis wird die meristematischen Zellen dazu anregen, Stängel, Blätter und Blütenknospen zu entwickeln. Auf der anderen Seite wird ein hohes Auxin/Cytokinin-Verhältnis die meristematischen Zellen dazu anregen, Wurzeln zu entwickeln.