ARGONAUTE-Proteine sind Schlüsselfaktoren der Genexpression in Eukaryoten. Sie binden small RNAs und nutzen sie als Wegweiser, um zu steuern, welche Gene aktiv sind, und beeinflussen so Entwicklung, Abwehr von genetischen Parasiten und andere wichtige zelluläre Prozesse. In Pflanzen und Tieren kommen AGO-Proteine meist in großen Familien mit spezialisierten Funktionen vor.
Überraschenderweise haben Braunalgen jedoch nur ein einziges AGO-Protein und gerade dieses einzelne Protein spielt eine zentrale Rolle. Forschende aus der Abteilung für Entwicklung und Evolution der Algen haben herausgefunden, dass dieses AGO-Protein mit small RNAs zusammenarbeitet, um molekulare Anweisungen zu geben und den Zellen zu helfen, bestimmte Gene genau zum richtigen Zeitpunkt ein- oder auszuschalten.
Wie Braunalgen entscheiden, wer sich fortpflanzt
Die meisten Braunalgen durchlaufen zwei unterschiedliche Phasen in ihrem Lebenszyklus: eine haploide Phase mit einfachem Chromosomensatz und eine diploide Phase mit zweifachem Chromosomensatz. Diese beiden Phasen unterscheiden sich stark in Aussehen und Verhalten. Die diploide Phase, der sogenannte Sporophyt, ist meist die größere, komplexere Form. Sie produziert winzige Fortpflanzungszellen, sogenannte Sporen, durch eine spezielle Zellteilung, die Meiose genannt wird. Diese Sporen entwickeln sich zu der zweiten Phase, dem haploiden Gametophyten, aus dem die Fortpflanzungszellen (wie Spermien und Eizellen) hervorgehen. Die Befruchtung stellt den diploiden Zustand wieder her, und der Zyklus beginnt von neuem.
Die Forschenden entdeckten, dass bei einer Störung des AGO-Proteins die Algen zwar normal als Sporophyten wachsen und die Meiose durchlaufen, die meisten der entstehenden Sporen sich jedoch nicht weiterentwickeln. Diejenigen, die sich entwickeln, nehmen oft den falschen Entwicklungsweg ein. Diese Ergebnisse zeigen, dass die AGO-Aktivität für die Bildung des Gametophyten und die korrekte Festlegung der Keimbahn notwendig ist.
„Dies ist ein seltenes Beispiel dafür, dass ein komplexer mehrzelliger Organismus auf ein einziges AGO-Protein angewiesen ist, um grundlegende Entwicklungsübergänge zu regulieren“, sagte Claudia Martinho, die an der Studie beteiligte Postdoktorandin und heute Assistenzprofessorin an der University of Dundee. „Es deutet darauf hin, dass evolutionärer Minimalismus genauso effektiv sein kann wie Komplexität, wenn es darum geht, den Lebenszyklus zu steuern.“
Die Studie wirft neues Licht darauf, wie Organismen wichtige Entwicklungsentscheidungen kontrollieren. Sie zeigt, dass Braunalgen, im Gegensatz zu Pflanzen und Tieren, Übergänge in ihrem Lebenszyklus mithilfe eines einzelnen AGO-Proteins und dessen minimalistischen, aber ausgefeilten Interaktionen mit small RNAs steuern. Indem sie zeigt, wie Braunalgen ihre Lebenszyklen mit einem so schlichten System meistern, eröffnet die Studie neue Perspektiven darauf, wie verschiedene Lebensformen grundlegende biologische Probleme lösen. Sie hebt außerdem Algen – oft übersehene Organismen – als leistungsfähiges Modell zum Verständnis von Evolution, Entwicklung und Fortpflanzung hervor.
Manchmal, wie es scheint, ist weniger tatsächlich mehr.
Max-Planck-Institut für Biologie
Originalpublikation:
V. Bukhanets, R.A. Batista, F.B. Haas, R. Luthringer, J. Kushkush, M. Zheng, K. Hipp, V. Alva, C. Martinho, & S.M. Coelho, Germline fate determination by a single ARGONAUTE protein in Ectocarpus, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (5) e2518712123, https://doi.org/10.1073/pnas.2518712123 (2026)
