Konfokalmikroskop
Final Report Abstract
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Funktion pflanzlicher Transportproteine und mit Zell-Zell Kommunikation in Pflanzen. Das konfokale Mikroskop hat sich als sehr wichtiges Tool etabliert, das in nahezu allen am Lehrstuhl durchgeführten Projekten eine Rolle spielt. Mit Hilfe von fluoreszierenden Reporterproteinen werden Promotoraktivitäten detektiert, subzelluläre Lokalisationen von Proteinen untersucht und in vivo Interaktionsstudien durchgeführt. Für einige der in den letzten Jahren durchgeführten Projekte war das Gerät von zentraler Bedeutung. Beispielsweise wurden an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana Sortierungsmechanismen von Proteinen in verschiedene Membrankompartimente der Pflanzenzelle untersucht. Es konnten sowohl Signale identifiziert werden, die für die Sortierung in die Vakuolenmembran verantwortlich sind, als auch Proteine, die diese Sortierung vermitteln. Diese Studien basierten im Wesentlichen auf konfokale Analysen. Derzeit wird an sogenannten Adapterproteinen gearbeitet, um deren Funktion beim Transport von Proteinen in die unterschiedlichen Membrankompartimente der Pflanzenzellen aufzuklären. In einem anderen Projekt wurden Arabidopsis thaliana Mutanten, die aufgrund einer veränderten Zell-Zell Kommunikation identifiziert worden waren, mit Hilfe fluoreszierender Zellwandfarbstoffe, hinsichtlich eines gestörten Zellteilungsmusters und einer veränderten Gewebestruktur in Wurzel und Spross analysiert. Diese Untersuchungen und die konfokale Analyse der Aktivität ausgewählter Promotoren mit Hilfe fluoreszierender Reporterproteine in den Mutanten haben letztlich dazu geführt, dass die Funktionen der in den Mutanten betroffenen Proteine als Stabilisatoren der DNA- Integrität und der Zellvitalität aufgeklärt werden konnten. Das Ziel eines BmBF geförderten Projektes war die Erhöhung des Zuckergehaltes in den Wurzeln von Beta vulgaris. Es sollten gentechnisch veränderte Zuckerrüben hergestellt werden, welche Modifikationen in Transportprozessen und dadurch eine erhöhte Zuckerspeicherkapazität aufweisen. Um an diesen Prozessen beteiligte Metabolittransporter zu charakterisieren, war es notwendig, die subzelluläre Lokalisation der einzelnen Transporter in Protoplasten von Arabidopsis thaliana und von Beta vulgaris, wie auch in Hefezellen durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie zu untersuchen. Diesen Studien, die in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Neuhaus (Kaiserslautern) durchgeführt wurden, wurden in der Zeitschrift Nature Plants zur Veröffentlichung angenommen. In der Arbeitsgruppe von PD Dr. Stadler werden in einem derzeit laufenden Projekt die Intensität der Kopplung benachbarter Zellen in Wurzeln untersucht. Dazu werden transgene Arabidopsis thaliana Pflanzen eingesetzt, die das fluoreszierende Protein DRONPA synthetisieren. Dieses Protein kann durch Bestrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen von einem nichtfluoreszierenden in einen fluoreszierenden Zustand überführt werden. Nach gezielter Aktivierung kann der Fluss des fluoreszierenden Proteins in Nachbarzellen quantifiziert und eine Aussage über die symplastische Kopplung der Zellen getroffen werden. Das am Lehrstuhl verfügbare Gerät ist mit einem Zweiphotonensystem ausgestattet. Diese Ausstattung ist eine wesentliche technische Voraussetzung für diese Studien, da sonst auch Zellen oberhalb und unterhalb der zu aktivierenden Zellen getroffen werden. Im Fokus eines Projektes der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Dietrich am Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie steht die Regulation von Kationenkanälen. Mit Hilfe der Bimolekularen Fluoreszenzkomplementation (BiFC), eine Technik die ausschließlich am Konfokalen Mikroskop durchgeführt wurde, konnte aufgeklärt werden, welche Bereiche der Kanäle die Bindung regulatorischer Liganden vermitteln. Zudem konnte gezeigt werden, dass diese Interaktion an der Plasmamembran erfolgt. Diese Studien haben wesentlich zum Verständnis der Regulation des Kationenflusses durch Kanäle beigetragen.
Publications
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An IQ domain mediates the interaction with calmodulin in a plant cyclic nucleotide-gated channel. Plant Cell Physiol. (2013) 54: 573-584
Fischer C, Kugler A, Hoth S, Dietrich P
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Identification of MAIN, a factor involved in genome stability in the meristems of Arabidopsis thaliana. Plant J. (2013), 75: 469-483
Wenig U, Meyer S, Stadler R, Fischer S, Werner D, Lauter A, Melzer M, Hoth S, Weingartner M, Sauer N
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Taking a deep look: modern microscopy technologies to optimize the Design and functionality of biocompatible scaffolds for tissue engineering in regenerative medicine. J R Soc Interface (2013) 10(86): 20130263
Vielreicher M, Schürmann S, Detsch R, Schmidt MA, Buttgereit A, Boccaccini A, Friedrich O.
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The endoplasmic reticulum is the main membrane source for biogenesis of the lytic vacuole in Arabidopsis. Plant Cell (2013) 25: 3434-3449
Viotti C, Krüger F, Krebs M, Neubert C, Fink F, Lapunga U, Scheuring D, Boutte Y, Frescatada-Rosa M, Wolfenstetter S, Sauer N, Hillmer S, Grebe M, Schumacher K
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The endoplasmic reticulum is the main membrane source for biogenesis of the lytic vacuole in Arabidopsis. Plant Cell (2013) 25: 3434-3449
Viotti C, Krüger F, Krebs M, Neubert C, Fink F, Lapunga U, Scheuring D, Boutte Y, Frescatada-Rosa M, Wolfenstetter S, Sauer N, Hillmer S, Grebe M, Schumacher K
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MAIN-LIKE1 is a crucial factor for correct cell division and differentiation in Arabidopsis thaliana. Plant J. (2014), 78: 107-120
Ühlken C, Horvath B, Stadler R, Sauer N, Weingartner M
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Identification of the transporter responsible for sucrose accumulation in sugar beet taproots. Nature Plants volume 1, Article number: 14001 (2015)
Jung B, Ludewig F, Schulz A, Meißner G, Wöstefeld N, Flügge U-I, Pommerrenig B, Wirsching P, Sauer N, Koch W, Sommer F, Mühlhaus T, Schroda M, Cuin TA, Graus D, Marten I, Hedrich R, Neuhaus E
