Gefäßaufbau von Pflanzen umfassend charakterisiert |
Zwei Teams von durch die Alexander von Humboldt-Stiftung geförderten Pflanzenforschern und Bioinformatikern unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) ist es gelungen, erstmals die Funktionen der verschiedenen Zelltypen im Gefäßsystem der Blätter von Pflanzen zu identifizieren. Das Gefäßsystem der Pflanzenblätter spielt eine Schlüsselrolle beim Transport von gelösten Stoffen von ihrem Entstehungsort – z.B. aus den Photosynthese-treibenden Blattzellen – zu ihren Speicher- oder Nutzungsorten. Zucker und Aminosäuren werden über die Leitbahnen von den Blättern zu den Wurzeln und Samen transportiert.
Als Phloem bezeichnet man den Teil des Leitbündels bei
Gefäßpflanzen, der aus den Siebelementen – in denen der eigentliche
Transport stattfindet – und ihren Geleitzellen, als auch den
begleitenden Parenchym-Zellen besteht. In den Blattvenen gibt es
mindestens sieben verschiedene Zelltypen mit spezifischen Rollen bei
Transport, Stoffwechsel und Signalübertragung.
Über die
Gefäßzellen in Blättern, insbesondere die funktionellen Zellen darin
(das Phloemparenchym, kurz PP), ist bisher wenig bekannt. Zwei Teams von
Alexander von Humboldt-Professuren in Düsseldorf und Tübingen, einer
Kollegin aus Champaign Urbana in Illinois/USA und einem
Bioinformatik-Lehrstuhl aus Düsseldorf legen die erste umfassende
Analyse der Gefäßzellen in den Blättern der Ackerschmalwand (Arabidopsis
thaliana) durch Einzelzellsequenzierung vor.
Das Team der
Alexander von Humboldt-Professorin Dr. Marja Timmermans von der
Universität Tübingen hatte vor kurzem als erste Einzelsequenzierung in
Pflanzen eingesetzt, um die Zellen der Wurzel zu charakterisieren. Hier
haben Forscherinnen und Forscher aus dem Team des Alexander von
Humboldt-Professors Dr. Wolf Frommer in Düsseldorf mit ihrer Hilfe
erstmals die Zellen aus Blättern isoliert, um daraus einen Atlas aller
steuernden RNA-Moleküle (das Transkriptom) des Blattgefäßsystems zu
erstellen. Indem sie die Stoffwechselwege analysierten, konnten sie die
Rolle der verschiedenen Zellen definieren.
Unter anderem wies das
Forschungsteam erstmals nach, dass in den Parenchymzellen
Transportproteine für Zucker (SWEET) und Aminosäuren (UmamiT) gebildet
werden, die diese Stoffe von ihren Produktionsorten ins Leitungssystem
abführen. Anschliessend werden diese über einen zweiten Transportersatz
(SUT bzw. AAP) aktiv in den Siebelement-Geleitzellenkomplex importiert
und dann aus dem Blatt exportiert.
Bei diesen umfassenden
Untersuchungen spielten Biologen Hand in Hand mit HHU-Bioinformatikern
um Prof. Dr. Martin Lercher und konnten feststellen, dass
Phloemparenchym und Geleitzellen komplementäre Stoffwechselwege besitzen
und daher in der Lage sind, die Zusammensetzung des Phloemsafts zu
kontrollieren.
Erstautorin und Arbeitsgruppenleiterin Dr. Ji-Yun
Kim von der HHU hebt hervor: „Unsere Analyse liefert völlig neue
Einsichten in das Blattgefäßsystem und die Rolle und Beziehung der
einzelnen Blattzelltypen.“ Institutsleiter Prof. Frommer ergänzt: „Die
Kooperation der vier Arbeitsgruppen ermöglichte es, neue Methoden
einzusetzen, um erstmals Einsichten in die wichtigen Zellen in den
Leitbahnen von Pflanzen zu gewinnen und damit eine Basis für ein
besseres Verständnis des Stofftransports in Pflanzen zu gewinnen.“
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.hhu.de/news-einzelansicht/gefaessaufbau-von-pflanzen-umfassend-charakterisiert
Quelle: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (01/2021)
Publikation Ji-Yun
Kim, Efthymia Symeonidi, Tin Yau Pang, Tom Denyer, Diana Weidauer,
Margaret Bezrutczyk, Manuel Miras, Nora Zöllner, Thomas Hartwig, Michael
M. Wudick, Martin Lercher, Li-Qing Chen, Marja C.P Timmermans &
Wolf B. Frommer, Distinct identities of leaf phloem cells revealed by
single cell transcriptomics, The Plant Cell, 2021 DOI: 10.1093/plcell/koaa060 |