Dr. Gerhard Leubner und sein Team von der Arbeitsgruppe für Pflanzenphysiologie am Institut für Biologie II der Universität Freiburg beschäftigen sich zum Teil mit ziemlich „müden“ Dingen. Damit Pflanzen erst keimen, wenn optimale Umweltbedingungen zu erwarten sind, hat sich in vielen Arten eine als Dormanz bezeichnete Strategie etabliert. Dieser "schlafähnliche Zustand" stellt eine physiologische Blockade dar, die das Auskeimen verhindert - ein Phänomen mit komplexen molekularbiologischen Grundlagen. Treibt der Samen seine Keimwurzel dann doch irgendwann aus, dann ist auch das kein banaler Vorgang. Der Embryo wird von zwei Hüllgeweben geschützt, der äußeren Samenschale und dem als Endosperm bezeichneten inneren Schutz- und Nährgewebe. Und beide müssen erst einmal durchbrochen werden. Welche mechanischen Prozesse laufen dabei ab? Was passiert auf der physiologischen Ebene? „Viele der Fragen lassen sich mit Hilfe von Experimenten an dem wichtigsten pflanzenbiologischen Modellorganismus der letzten Jahre beantworten“, sagt Leubner und meint damit Arabidopsis thaliana oder die Ackerschmalwand. „Aber nicht alle.“

Ein Beispiel skizziert, wie vorteilhaft es ist, über zwei Modellorganismen aus der gleichen Familie zu verfügen. Mithilfe von Genchips haben Leubner und sein Team im letzten Jahr das sogenannte Transkriptom der Kresse-Samen während der Keimung untersucht. Beim Transkriptom handelt es sich um die Gesamtheit der RNAs, die als Vorlagen für Proteine dienen und zu einem bestimmten Zeitpunkt durch Ablesen der Gene gebildet werden. In diesem Fall verriet das Transkriptom den Freiburgern, welche Gene in der Kresse während der Keimung aktiv waren und für diesen Vorgang eine wichtige Rolle spielten. Die Funktionen dieser Gene können die Forscher jetzt in weiteren Versuchen aufklären. Weil die Samen der Kresse so groß sind, war es den Pflanzenphysiologen sogar möglich, die Transkriptome der einzelnen Gewebe voneinander zu unterscheiden.

Und weil die Gartenkresse so eng mit der Ackerschmalwand verwandt ist, konnten sie die gewonnenen RNA-Sequenzen mit bekannten Sequenzen von Arabidopsis vergleichen und so schnell auf Ähnlichkeiten stoßen. „Weil viele Gene in der Ackerschmalwand bereits in ihrer Funktion aufgeklärt sind, können wir so begründete Annahmen über die Funktion der entsprechenden Kresse-Gene machen“, erklärt Leubner. „Und unbekannte Gene können wir mit den für Arabidopsis verfügbaren molekulargenetischen Methoden besser untersuchen.“ Mit dem vergleichenden Ansatz fanden die Wissenschaftler zum Beispiel heraus, wie das flüchtige Hormon Ethylen als ein wichtiger Regulator die Keimung fördert.

Die beiden grünen Verwandten können sich bei Experimenten also ergänzen: Die Stärken der einen fangen die Schwächen der anderen auf und umgekehrt. Leubner und sein Team untersuchen neben den physiologischen Prozessen, die die Keimung einleiten und regulieren, auch, wie die Keimwurzel die innere Hülle (also das Endosperm) überwindet. Zum Teil wird das möglich, weil das Häutchen während des Auskeimvorgangs aufweicht. Dafür sorgen unter anderem Enzyme, die die Zellwände des Hüllgewebes abbauen. Welche Gene hierfür wichtig sind, prüfen die Wissenschaftler mit molekularbiologischen und genetischen Methoden, sowohl an Arabidopsis als auch an der Gartenkresse – auch letztere lässt sich mit Hilfe des Agrobacterium tumefaciens genetisch manipulieren. Und was nach dem Erweichen passiert, können die Freiburger mit einer biomechanischen Apparatur nachvollziehen. Indem sie präparierte Hüllhäute in eine Halterung spannen und einen Metallstab mit einer kontrollierten Kraft dagegen drücken, messen sie, wann die Wurzelspitze das Endosperm durchstoßen kann. Auch für diese Versuche eignet sich die Gartenkresse wegen der Größe ihrer Samen sehr gut.