Pflanzenmeristeme und Wachstum

Pflanzen wachsen aus Meristemen – sich selbst erneuernden Stammzellenpools an ihren Spitzen und Flanken –, die es einer Pflanze ermöglichen, während ihres gesamten Lebens neue Organe zu bilden und sich auszudehnen, eine offene Wachstumsstrategie, die sich von der der Tiere unterscheidet.

Definition

Meristeme sind Regionen undifferenzierter, sich teilender Zellen, die neue Gewebe und Organe bilden, und Pflanzenwachstum ist die Zunahme der Größe und Anzahl von Zellen, die durch ihre kontinuierliche Aktivität produziert werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die apikalen Spross- und Wurzelmeristeme sowie die lateralen Meristeme, die Organisation und Aufrechterhaltung von pflanzlichen Stammzellnischen, die Musterbildung der Organinitiierung einschließlich der Phyllotaxis und wie Zellteilung und -expansion das Pflanzenwachstum steuern.

Core questions

• Wie sind die apikalen Spross- und Wurzelmeristeme organisiert?
• Wie wird ein stabiler Stammzellenpool aufrechterhalten, während Zellen auch für das Wachstum verwendet werden?
• Wie steuern Meristeme die regelmäßige Anordnung von Blättern und anderen Organen?

Key theories

Aufrechterhaltung der Stammzellnische

Eine Rückkopplungsschleife zwischen einem Organisationszentrum und den darüberliegenden Stammzellen hält das Meristem im Gleichgewicht und ersetzt Zellen, die durch Differenzierung verloren gehen, sodass das Meristem unbegrenzt bestehen bleibt.

Unbestimmtes, offenes Wachstum

Da Meristeme erhalten bleiben, wachsen Pflanzen unbestimmt und modular, indem sie wiederholte Einheiten hinzufügen und ihre Architektur als Reaktion auf die Umwelt anpassen.

Mechanisms

Das apikale Sprossmeristem ist in eine zentrale Zone langsam teilender Stammzellen, eine periphere Zone, in der Organe initiiert werden, und ein darunterliegendes Organisationszentrum gegliedert; die Signalübertragung zwischen dem Organisationszentrum und den Stammzellen stabilisiert deren Anzahl. Gerichteter Auxintransport und inhibitorische Felder positionieren aufeinanderfolgende Organprimordien und erzeugen die regelmäßigen Spiralen und Wirtel der Phyllotaxis. Das Wachstum selbst kombiniert orientierte Zellteilung mit anisotroper Zellexpansion, die durch Turgor gegen das kontrollierte Nachgeben der Zellwand angetrieben wird. Mutantenkollektionen in Modellpflanzen waren maßgeblich an der Identifizierung der Regulatoren der Meristemfunktion beteiligt.

Clinical relevance

Die Meristembilogie ist die Grundlage der gartenbaulichen Vermehrung und Gewebekultur: Die Meristemspitzenkultur produziert krankheitsfreie Pflanzen, und die Kontrolle der Verzweigung und Architektur durch Meristemaktivität ist ein Ziel zur Verbesserung des Ernteertrags und der Pflanzenform.

History

Die klassische Anatomie beschrieb die apikalen Meristeme und ihre Zonierung; spätere mikrochirurgische Experimente und, entscheidend, die Molekulargenetik in Modellpflanzen enthüllten die Signalübertragung, die die Stammzellnische aufrechterhält und die Organinitiierung steuert.

Key figures

• Katherine Esau
• Ian Sussex

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

Was ist ein Meristem?

Ein Meristem ist eine Region undifferenzierter, sich kontinuierlich teilender Zellen; apikale Meristeme an Spross- und Wurzelspitzen treiben die Längenentwicklung voran, während laterale Meristeme den Umfang vergrößern, wodurch Pflanzen ihr ganzes Leben lang wachsen können.

Warum wachsen Blätter in regelmäßigen Mustern?

Neue Blattprimordien bilden sich an Positionen, die durch inhibitorische Felder, hauptsächlich unter Beteiligung des Hormons Auxin, um den Sprossscheitel herum festgelegt werden, wodurch die regelmäßigen Spiralen und andere Anordnungen, bekannt als Phyllotaxis, entstehen.