Weitergehende Analyse der Rolle verschiedener Genprodukte

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Bei bekannter Sequenz für ein bestimmtes Mykorrhiza-relevantes Gen ist es möglich, das entsprechende Genprodukt mittels in situ-Hybridisierung oder Immunmarkierung innerhalb der Pflanzenwurzel genau zu lokalisieren. Mit Hilfe elektronenmikroskopischer Methoden gelingt diese Lokalisierung sogar innerhalb einzelner Zellkompartimente. Auf diese Weise analysierten Harrison und Dixon (1994) und Bonamoni und Mitarbeiter (2001) verschiedene Genprodukte, die mit Abwehrreaktionen der Pflanze in Verbindung gebracht werden. Auf ähnliche Weise gelang die Darstellung von Veränderungen im Cytoskelett der kolonisierten Pflanzenzelle (Genre und Bonfante 1997, Matsubara und Mitarbeiter 1999), nachdem Bonfante und Mitarbeiter 1996 gezeigt hatten, dass entsprechende Gene in mykorrhizierten Wurzeln beim Mais und Tabak aktiviert sind.

Auch für die Aufklärung der Funktion unbekannter Genprodukte können Lokalisierungsstudien hilfreich sein (z.B. Martin-Laurent und Mitarbeiter 1998). Wesentlich aussagekräftiger sind allerdings Methoden, bei denen die entsprechenden Gene über Transformation in der Pflanze oder im Pilz gezielt ausgeschaltet oder verstärkt werden. Die Analyse der auf diesem Weg erhaltenen transgenen Pflanzen (oder Pflanzenteile) liefert wertvolle Ergebnisse zur Funktion der untersuchten Gene. Bei einer ganzen Reihe von Pflanzen (zum Beispiel bei Lotus japonicus und Medicago truncatula) sind solche Transformationsmethoden bereits bekannt und werden weiter verbessert (z.B. Boisson-Dernier und Mitarbeiter 2001). Sogar für den Pilzpartner existieren bereits entsprechende Protokolle (Forbes und Mitarbeiter 1998). Über solche Transformationsexperimente ist es auch möglich, verschiedene Zellkompartimente der Pflanzenzelle selektiv zu markieren und ihre Veränderungen bei der Ausbildung der Mykorrhizasymbiose zu untersuchen. Eine entsprechende Untersuchung für die Plastiden der Pflanzenwurzel ergab drastische Veränderungen dieser Zellorganellen bei der Kolonisierung der entsprechenden Wurzelzellen (Fester und Mitarbeiter 2001; siehe auch Abbildung auf dieser Seite).

Plastiden in Tabakwurzeln (Nicht-mykorrhizierte Wurzel): Bei den fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme sind die Plastiden durch ihre grüne Fluoreszenz zu erkennen. Diese Fluoreszenz ergibt sich durch die Verwendung transformierter Pflanzen, die ein grün fluoreszierendes Protein in ihre Plastiden transportieren. Die rote Fluoreszenz der Zellwände hingegen kommt auf natürliche Art und Weise durch verschiedene, dort abgelagerte Substanzen zustande.

In nicht-mykorrhizierten Wurzeln erkennt man eine Reihe unregelmäßig geformter Plastiden in den einzelnen Wurzelzellen.

Plastiden in Tabakwurzeln (Mykorrhizierte Wurzel): Bei den fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme sind die Plastiden durch ihre grüne Fluoreszenz zu erkennen. Diese Fluoreszenz ergibt sich durch die Verwendung transformierter Pflanzen, die ein grün fluoreszierendes Protein in ihre Plastiden transportieren. Die rote Fluoreszenz der Zellwände hingegen kommt auf natürliche Art und Weise durch verschiedene, dort abgelagerte Substanzen zustande.

In mykorrhizierten Wurzeln nehmen Menge und Größe der Plastiden stark zu. Dies geschieht vor allem im Umkreis einzelner Zellkerne und von Arbuskeln.

Plastiden in Tabakwurzeln (Mykorrhizierte Wurzel): Bei den fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme sind die Plastiden durch ihre grüne Fluoreszenz zu erkennen. Diese Fluoreszenz ergibt sich durch die Verwendung transformierter Pflanzen, die ein grün fluoreszierendes Protein in ihre Plastiden transportieren.

Im oberen Teil der Abbildung erkennt man typische Plastidenstrukturen einer nicht-kolonisierten Wurzelzelle, im unteren Teil der Abbildung typische Strukturen eine kolonisierten Wurzelzelle. Die Pilzstrukturen selbst sind in dieser Abbildung leider nicht sichtbar.

Plastiden in Tabakwurzeln (Mykorrhizierte Wurzeln): Bei den fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme sind die Plastiden durch ihre grüne Fluoreszenz zu erkennen. Diese Fluoreszenz ergibt sich durch die Verwendung transformierter Pflanzen, die ein grün fluoreszierendes Protein in ihre Plastiden transportieren.

Im oberen Teil der Abbildung bilden die Plastiden ein ausgeprägtes Netzwerk. Die Pilzstrukturen selbst sind in dieser Abbildung leider nicht sichtbar.

Quelle:

T. Fester, D. Strack, B. Hause (2001)

Reorganization of tobacco root plastids during arbuscule development


Planta 213, 864–868 (Planta)

Plastiden in Tabakwurzeln: Nicht-kolonisierte WurzelKolonisierte WurzelAusschnitt 1Ausschnitt 2QuelleText