Die Rolle von Anionenkanälen für die Polarität beim Spitzenwachstum von Pflanzenzellen

• Antragsteller: Kai Konrad, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 137317768

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 und/oder Kalium in ganz distinkten Bereichen der Zellen zurück. Als Folge entsteht ein charakteristisches elektrisches Feld. Durch Überlagerung des 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, untersucht der Antragsteller das Pollenschlauchwachstum von Arabidopsis Ionenkanal-Verlustmutanten. Im Focus dieser Analysen stehen Verlustmutanten des S-Typ Anionenkanals SLAH3 und der R-Typ Anionenkanäle aus der ALMT-Familie, sowie zwei Ca2+-abhängige Proteinkinasen (CPKs), die mit SLAH3 und ALMT12 interagieren. Der zytoplasmatische Anionengradient, der erst kürzlich durch unsere Gruppe identifiziert werden konnte, korreliert exakt mit dem schon gut gebannten zytoplasmatischen Ca2+-Gradienten und der Wachstumsgeschwindigkeit. Im Fokus der Analysen stehen hierbei Doppel- und Dreifach-Verlustmutanten der S- und R-Typ Anionenkanäle, deren Identifizierung über molekularbiologische (qRT-PCR) und zum Teil durch elektrophysiologische Techniken bereits erfolgt ist. Mittels histologischer und spektroskopischer Techniken wird das Wachstumsverhalten dieser Anionenkanal- und CPK2/20 Verlustmutanten in vitro und in planta untersucht. Einzel- und Doppelverlustmutanten der Anionenkanäle SLAH3 und ALMT12 machten bereits deutlich, dass es zwar zu einer Reduzierung von Anionenströmen und der Wachstumsgeschwindigkeit im Pollenschlauch kommt, aber noch mindestens ein weiterer R-Typ Anionenkanal aktiv ist. Ziel des Projektes ist es durch Anionenkanal-Dreifachmutanten die Physiologie des Anionentransportes während des polaren Wachstums von Pollenschläuchen aufzuklären. Parallel zum Wachstumsprozess werden in den Anionenkanal- und CPK2/20 Verlustmutanten zytoplasmatische Anionen- sowie Kalziumkonzentrationen spektroskopisch verfolgt und die Ionenströme und extrazellulären Ionenflüsse elektrophysiologisch vermessen. Die Zusammenhänge zwischen Wachstum und Ionenkanal-Aktivität werden in ein Modell für polares Wachstum integriert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Personen: Professor Dr. José Alberto Feijó; Professorin Dr. Tina Romeis