Dehnbarkeit, Robustheit und Schutzfunktionen vereinen
Pflanzenzellen zeichnen sich durch ihre außergewöhnliche Fähigkeit aus, die Sonnenenergie zu nutzen, um atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) in Zucker umzuwandeln. Diese sind eine unerschöpfliche Quelle nicht nur für Energie, sondern auch für Baumaterial. Wie die Glieder einer Kette können sich die Zucker zusammenfügen und lange Polymere, sogenannte Polysaccharide, bilden. Diese Polysaccharide sind in einem komplexen Netzwerk um die Plasmamembran von Pflanzenzellen herum angeordnet und bilden unter anderem die Zellwand. Die Zellwand fungiert als Schutzbarriere und gleichzeitig als Träger eines druckbeaufschlagten und dehnbaren Gerüsts, das der Pflanze ihre Steifigkeit verleiht und es den Pflanzenzellen gleichzeitig ermöglicht, sich auszudehnen. Wenn diese Zellen ihre Form ändern, wachsen oder sich teilen, müssen sie die Architektur ihrer Zellwand umgestalten.Wachsen ohne zu explodieren
Eine Frage bleibt jedoch: Wie organisieren Pflanzenzellen die Struktur ihrer Zellwand, damit sie wachsen können, ohne zu explodieren? Dieses zentrale Problem der Pflanzenbiologie ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Schlüsselmechanismen des Pflanzenwachstums und der Anpassung der Pflanzen an sich ständig ändernde Umweltbedingungen.Einseitiges Wachstum
In einer Studie, die soeben in Science erschienen ist, liefert die Gruppe um Julia Santiago Cuellar , außerordentliche Professorin an der Abteilung für pflanzliche Molekularbiologie der Fakultät für Biologie und Medizin der Universität Lausanne, in Zusammenarbeit mit einer Gruppe von Wissenschaftlern des Institut national de la recherche agronomique (INRAE) in Versailles (Frankreich) einige Antworten auf diese Frage. Wir haben einen aktiven Mechanismus nachgewiesen, der über einen Proteinkomplex direkt mit den Polysacchariden der Zellwand interagiert und sie nach einem bestimmten Muster zusammenfügt, das die unidirektionale Expansion fördert", erklärt die Lausanner Professorin und Leiterin der Arbeit.Starke, netzartige Fasern
Um diesen Prozess im Detail zu analysieren, verwendeten die Wissenschaftler Pollenschläuche der Frauenaralie(Arabidopsis thaliana) als Modell, einzellige pflanzliche Strukturen, die etwa 5 um groß sind und sehr schnell wachsen. Ihre Studie nutzte einen multidisziplinären Ansatz, der modernste biochemische, genetische und superauflösende Mikroskopietechniken kombinierte, um das Herzstück dieses Mechanismus sowohl in vitro als auch in planta zu sezieren.Unsere Daten zeigen, wie ein aktivierter Proteinkomplex dafür verantwortlich ist, unstrukturierte Zuckerketten, die Pektine, in ein organisiertes Muster aus vernetzten Filamenten zu stricken", erklärt Julia Santiago Cuellar. Diese dreidimensionale Anordnung von netzartigen Fasern ermöglicht es den Zellwänden der Pollenschläuche, einem hohen Turgorendruck standzuhalten, indem sie ein kontinuierliches Wachstum unterstützen, ohne zu explodieren. Diese Struktur ähnelt einem stabilen Stützsystem, ähnlich wie eine explosionsresistente Wasserleitung.
Unsere Entdeckung liefert den molekularen Beweis, dass Pflanzenzellen die geeignete physikalische und chemische Organisation ihrer Zellwände orchestrieren, um das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze zu unterstützen’, kommentiert die Biologin.
