Die Rolle von Anionenkanälen für die Polarität beim Spitzenwachstum von Pflanzenzellen
Die Rolle von Anionenkanälen für die Polarität beim Spitzenwachstum von Pflanzenzellen
Das schnelle polare Wachstum von Wurzelhaaren und Pollenschläuchen geht von der Spitze aus. Dabei ist eine polare Struktur des Zytoplasmas und intrazelluläre Ionengradienten ganz wesentlich. Diese Ionengradienten gehen auf den Ausstrom von Protonen, Kalium und/oder Anionen sowie den Einstrom von Kalzium, Anionen und/oder Kalium in ganz distinkten Bereichen der Zellen zurück. Als Folge entsteht ein charakteristisches elektrisches Feld. Durch Überlagerung dieses, durch die Zelle selbst erzeugten Feldes, mit einem elektromagnetischen Feld, oder durch Manipulation der Ionengradienten, lassen sich Änderungen der Wachstumsrichtung induzieren.
Ziel des Projektes ist es, die Natur und molekularen Mechanismen der Ionentransportprozesse aufzuklären, die für das endogene Feld und somit für das Richtungswachstum des Pollenschlauchs verantwortlich sind. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchen wir das Pollenschlauch- und Wurzelhaarwachstum von Arabidopsis Ionenkanal-Verlustmutanten. Im Focus dieser Analysen stehen Verlustmutanten der Anionenkanäle SLAH2, SLAH3 und ALMT12, die kürzlich in unserem Labor identifiziert wurden. Parallel zum Wachstumsprozess werden zytoplasmatische Anionen- sowie Kalzium- und Protonen-Konzentrationen spektroskopisch verfolgt und die Ionenströme elektrophysiologisch gemessen. Die Zusammenhänge zwischen Wachstum und Ionenkanal-Aktivität werden in ein Modell für polares Wachstum integriert.
Um die Zusammenhänge zwischen intrazellulären Ionenkonzentrationen, extrazellulären Ionenflüssen und Ionenkanalaktivität zur Erzeugung des endogen erzeugten Feld aufzuklären, kommt eine Vielzahl von „state-of-the-art“-Techniken zum Einsatz. Im Rahmen dieses Projektes ergänzt sich hierbei eine Kombination von molekularbiologischen-, spektroskopischen- und elektrophysiologischen Methoden optimal. Zum Beispiel werden die biolistische Transformation, Zwei-Elektroden-Spannungsklemm (TEVC)- Technik an polar wachsenden Pflanzenzellen sowie an Oozyten des Krallenfrosches (Xenopus laevis), live-cell „Fluorescence Resonance Energy Transfer“ (FRET)- imaging, FRET-FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy) oder die „Microelectrode Ion Flux Measurements“ (MIFE) oder auch “Vibrating Probe“ (VP)-Technik genannt angewendet.
Dargestellt sind die verschiedenen Schritte, von Aufgabenstellung und Zielsetzung bis hin zu den verwendeten Methoden und erzielten Ergebnissen. Wenn Pollenköörner auf der Narbe landen, bilden sie sogenannte „„Pollenschlääuche““ aus. Deren Aufgabe in der Fortpflanzung ist es, die Spermzellen bis zum weiblichen Gametophyten zu transportieren, damit sie dort die doppelte Befruchtung vollziehen köönnen. Beim polaren Wachstumsprozess der Pollenschlääuche sind Anionenflüüsse essentiell, doch deren physiologische Rolle ist noch unklar. Eine Kombination von molekularbiologischen-, elektrophysiologischen- und spektroskopischen Techniken wurde eingesetzt um die Identitäät der exprimierten Anionenkanääle in Pollen aufzukläären. Die zytoplasmatische Anionenkonzentration und Anionenkanalaktivitäät in Pollenschlääuchen von wurde in Anionenkanal- und CPK Verlustmutanten analysiert. Im Rahmen dieses Projektes wurde neben der Identitäät und subzelluläären Lokalisation der Anionenkanääle auch die der interagierenden Proteinkinasen aufgekläärt. Unsere Forschung lieferte Beweise dafüür, dass eine Ca2+-abhäängige Aktivierung des Anionenkanals SLAH3, durch die an der Spitze lokalisierten CPK2 und CPK20, erfolgt. Ergebnisse dieses Projektes wurden küürzlich im Journal „„The Plant Cell““ publiziert ( Gutermuth et al., 2013).
