Die Wissenschaft, wie Pflanzen Traumata registrieren, beinhaltet einen Vorläufer der Kalziumwelle

Langjährige Theorien darüber, wie Pflanzen auf Kalziumwellen angewiesen sind, um systemisch auf Verletzungen und andere Belastungen zu reagieren, haben eine neue Perspektive erhalten.

Forscher des John Innes Center haben gezeigt, dass Kalziumwellen keine primäre Reaktion sind, sondern eher eine sekundäre Reaktion auf eine Welle von Aminosäuren, die aus der Wunde freigesetzt werden.

Diese Ergebnisse stellen die etablierte Denkweise über Pflanzen-Signalmoleküle über große Entfernungen und die Mechanismen, mit denen Informationen vom Stresspunkt durch lebendes und nicht lebendes Pflanzengewebe gelangen, in Frage.

Seit vielen Jahren wird beobachtet, dass Verletzungen und andere Traumata Kalziumwellen auslösen, die sowohl kurze Entfernungen von Zelle zu Zelle als auch längere Entfernungen von Blatt zu Blatt zurücklegen.

Diese Kalziumwellen erinnern an die Signalübertragung in den Nerven von Säugetieren, aber da Pflanzen keine Nervenzellen haben, war der Mechanismus, durch den dies geschieht, fraglich.

Die neuen Erkenntnisse, die in erscheinen Wissenschaftliche Fortschritte, legen nahe, dass eine verwundete Zelle eine Welle von Glutamat, einer Aminosäure, freisetzt. Wenn diese Welle durch Pflanzengewebe wandert, aktiviert sie Kalziumkanäle in den Membranen der Zellen, die sie passiert. Diese Aktivierung erscheint wie eine Kalziumwelle, ist aber eine passive Reaktion oder „Anzeige“ des sich bewegenden Glutamatsignals.

Frühere Hypothesen zur Erklärung, wie Kalziumwellen Pflanzenzellen passieren, beinhalteten aktive Mechanismen zur Ausbreitung des Kalziumsignals. Diese Hypothesen stützten sich auf das Signal, das sich entlang der Zellmembran oder über eine Druckwelle im Xylem ausbreitete, aber es gab keine Erklärung dafür, wie die Reaktion von einer Zelle zur nächsten weitergegeben wurde.

Dr. Christine Faulkner, Gruppenleiterin am John Innes Center, sagte: „Jedes Mal, wenn aktive Ausbreitungsmodelle präsentiert wurden, stellte ich die Frage, wie diese Welle von Zelle zu Zelle wanderte. Mir schien, dass es eine Lücke in der Theorie gab, und zwar diese Forschung deckt einen neuen Mechanismus auf, der zeigt, dass die Kalziumwelle nicht das ist, was sie zu sein scheint.“

Dr. Faulkners Gruppe ist auf die Untersuchung von Plasmodesmen spezialisiert, den Kanälen oder Brücken, die Zellen verbinden, und das Team spekulierte, dass ein Wundsignal durch Plasmodesmen von Zelle zu Zelle wandern würde. Unter Verwendung quantitativer Bildgebungsverfahren, Datenmodellierung und Genetik fanden sie jedoch heraus, dass das mobile Signal eine Glutamatwelle ist, die sich außerhalb der Zellen entlang der Zellwände ausbreitet.

„Die Glutamat- und Kalziumwellen sind miteinander verbunden – Glutamat löst die Kalziumreaktion aus. Man könnte es sich mit einer Analogie eines Korridors vorstellen. Das Glutamat strömt den Korridor entlang und wenn es an einer Tür vorbeigeht, tritt es sie auf. Die Kalziumreaktion ist das Öffnen der Tür . Bis jetzt ging man davon aus, dass hydraulischer Druck oder eine Reihe sich fortpflanzender chemischer Reaktionen den Korridor entlang bewegte, aber unsere Studie zeigt, dass dies nicht der Fall ist“, sagte Dr. Faulkner.

Die Erstautorin der Studie, Dr. Analisa Bellandi, sagte: „Wir haben gezeigt, dass Kalziumwellen mit Glutamatwellen synchron sind und ihre Dynamik der Übertragung durch Diffusion und Fluss entspricht. Diese Forschung lässt uns überdenken, was wir wissen. Ich hoffe, dass unsere Forschung wird die Debatte anregen und es den Menschen ermöglichen, eine neue Perspektive auf Daten einzunehmen, die seit langem auf dem Gebiet sind.“

„Diffusion und Massenfluss von Aminosäuren vermitteln Kalziumwellen in Pflanzen“ erscheint in Wissenschaftliche Fortschritte.