AG Ruth Stadler

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Forschungsprojekte

Im Fokus unserer Forschung stehen Transportprozesse in Höheren Pflanzen. Zum einen werden Plasmodesmen untersucht, das sind Kanäle zwischen benachbarten Pflanzenzellen, die den Austausch von Makromolekülen ermöglichen. Zum anderen analysieren wir die Verteilung von Fotosyntheseassimilaten über das Phloem sowie die Rolle verschiedener Zuckertransporter, die Glukose und Fruktose oder Saccharose aus dem Zellwandraum durch die Plasmamembran in das Zellinnere transportieren. Dabei interessieren wir uns insbesondere dafür, ob Pollenschläuche für ihr schnelles und gerichtetes Wachstum zu den Samenanlagen Zucker aufnehmen müssen.


1. Plasmodesmen und Zell-Zell Kommunikation in Arabidopsis thaliana

In diesem Projekt werden Untersuchungen zu Aufbau, Regulation und Verteilung von Plasmodesmen durchgeführt. Plasmodesmen sind von Plasmamembran ausgekleidet und von Endoplasmatischem Retikulum durchzogen. Sie stellen eine zytoplasmatische Verbindung zwischen Zellen dar, durch die die Zellen miteinander kommunizieren können. Je nach Gewebe und Zelltyp sind Plasmodesmen unterschiedlich weit geöffnet und erlauben die Diffusion unterschiedlich großer Moleküle. Ihre Öffnungsweite ist regulierbar, sie können reversibel vergrößert oder geschlossen werden. Plasmodesmen sind für das Leben einer Pflanze essentiell, da Assimilate, die der Versorgung dienen, oder Signalmoleküle, die die Entwicklung steuern, durch sie von Zelle zu Zelle wandern. Trotz dieser für die Pflanze lebenswichtigen Funktion sind sie hinsichtlich ihrer molekularen Komponenten sowie ihrer Entstehung nahezu unerforscht. 
Wir untersuchen Funktionsweise, Struktur und Entstehung von Plasmodesmen in verschiedenen Geweben von Arabidopsis thaliana. Dazu setzen wir fluoreszierende Fusionsproteine unterschiedlicher Größe ein, deren interzelluläre Diffusion mit Hilfe des Konfokalen Laser Scanning Mikroskopes analysiert werden kann. Als Marker zur Visualisierung der Zell-Zell-Kanäle verwenden wir verschiedene Plasmodesmen - bindende Proteine. Über Mutantenscreens suchen wir nach Genen, die an der Bildung und am Aufbau von Plasmodesmen beteiligt sind. In der Wurzelspitze untersuchen wir, ob die Bewegung bestimmter Transkriptionsfaktoren durch Plasmodesmen in die Nachbarzellen eine Rolle bei der Musterbildung und der Festlegung der Zellidentität spielt.


2. Die Rolle von Zuckertransportproteinen bei der Verteilung von Photosyntheseassimilaten in der Pflanze und insbesondere beim Pollenschlauchwachstum

Plasmodesmen spielen auch bei der Verteilung der Fotosyntheseassimilate in Höheren Pflanzen eine Rolle. Die in den Blättern photosynthetisch erzeugte Saccharose wird über das Phloem in Sinkgewebe wie Wurzeln und Blüten transportiert, die auf Energiezufuhr angewiesen sind. Wir untersuchen den Weg der Assimilate aus dem Leitgewebe in die benachbarten Zellen der Sinkgewebe. Dazu setzen wir fluoreszierende Proteine oder kleine Fluoreszenzfarbstoffe wie HPTS und Carboxyfluoreszein ein, die in das Leitgewebe der Blätter appliziert werden können. Diese Reportermoleküle können im Phloem der Leitgewebe zusammen mit den Fotosyntheseassimilaten in die Sinkgewebe transportiert werden. Überall dort, wo Plasmodesmen vorhanden sind, können die Reportermoleküle symplastisch aus dem Phloem entladen werden. In Geweben, in denen keine symplastischen Verbindungen bestehen, sind Transportproteine notwendig, die die Fotosyntheseassimilate in den Zellwandraum abgeben und andere, die diese in die Nachbarzelle aufnehmen.
Wir untersuchen zum einen, in welchen Sinkgeweben und wann während der Entwicklung die Phloementladung symplastisch verläuft und wann nicht. Zum anderen untersuchen wir die Funktion der verschiedenen Zuckertransportproteine bei der Be- und Entladung des Phloems sowie bei der Versorgung symplastisch isolierter Zellen wie beispielweise der Samenanlagen und der Pollen. Pollenschläuche wachsen sehr schnell und zielgerichtet durch den Fruchtknoten zu den Eizellen, dabei vergrößern sie ihr Volumen um ein Vielfaches. Es ist unbekannt, ob die Pollenkörner ausreichend Energiereserven beinhalten, um dieses Wachstum zu ermöglichen, oder ob sie auf die Aufnahme von Zuckern als Energiequelle angewiesen sind. Wir konnten zeigen, dass Pollenschläuche mehrere Gene exprimieren, die für Zuckertransportproteine kodieren. Unklar ist allerdings, ob im Fruchtknoten dort, wo die Pollenschläuche entlang wachsen, überhaupt Zucker zur Verfügung steht und ob die Aufnahme dieser Zucker für die wachsenden Pollenschläuche essentiell ist. 

GFP examples

Abbildung 1: Diffusion des Grün Fluoreszierenden Proteins (GFP) aus den Leitgefäßen in verschiedene Teile der Blüten. Maximalprojektionen mehrerer konfokaler Einzelaufnahmen, grün: GFP Fluoreszenz, rot: Chlorophyll-Autofluoreszenz.  A: alle Zellen des Fruchtknotens enthalten GFP, auch die Papillen der Narbe. Das zeigt, dass sie symplastisch mit den Zellen der Leitgewebe in Verbindung stehen. B: reife Samenanlage kurz vor der Befruchtung und C: sich entwickelnder Same kurz nach der Befruchtung. GFP kann nach der Befruchtung in den sich entwickelnden Samen diffundieren, vor der Befruchtung sind keine Plasmodesmen vorhanden, die die Diffusion von GFP aus dem Phloem in die Samenanlagen erlauben. Größenstandard: 200 µm in A, 75 µm in B und C. (verändert nach Werner et al., 2011)

 

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Gerlitz, Nadja

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Rottmann, Theresa

28201

theresa.rottmann@fau.de

Publikationen

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