Ein Karrierewechsel in der Mitte des Lebens ist schwer zu bewerkstelligen, da er bedeuten kann, sich neu zu erfinden und eine völlig neue berufliche Rolle einzunehmen. Jetzt zeigen Forscher aus Japan, dass einige Pflanzenzellen von der Autophagie profitieren, wenn sie im Laufe ihres Lebens ihre Hauptfunktionen wechseln.
In einer Studie veröffentlicht in Entwicklung, haben Forscher des Nara Institute of Science and Technology herausgefunden, dass Autophagie – eine selbstverdauende Maschinerie, die im Inneren eukaryotischer Zellen arbeitet – eine entscheidende Rolle beim Wurzelwachstum spielt. Das heißt, die Autophagie unterstützt den Übergang der Wurzelkappenzellen von der Mitte der Kappe, wo sie als Schwerkraftsensoren fungieren, zur Außenseite der Kappe, wo sie als sekretorische Zellen fungieren und sich schließlich ablösen.
Wurzelkappenzellen sind einzigartig unter den Pflanzenzellen, da sie einem ständigen Austausch unterliegen, während die meisten anderen Zellen, aus denen der Pflanzenkörper besteht, während des gesamten Pflanzenlebens erhalten bleiben. Wenn die Wurzeln wachsen und sich verlängern, lösen sich die äußersten Zellen der Wurzelkappe ab und innere Zellen nehmen ihren Platz ein, wobei sich sowohl die Funktion als auch der Ort ändern.
„Der konzertierte Zellumsatz und die funktionelle Spezialisierung von Wurzelkappenzellen erfordern eine ausgeklügelte subzelluläre Reorganisation“, erklärt Tatsuaki Goh, Hauptautor der Studie. „Die raumzeitliche Dynamik dieser Reorganisation und die molekulare und genetische Regulation dieses Prozesses sind jedoch nicht gut charakterisiert.“
Um diesen Prozess der subzellulären Reorganisation zu untersuchen, entwickelten die Forscher eine Mikroskopietechnik, mit der sie Arabidopsis-Wurzeln in Echtzeit beim Wachsen beobachten konnten, während sie automatisch die Spitze der sich ausbreitenden Wurzel verfolgten.
„Was wir gesehen haben, war, dass kurz bevor sich die äußerste Zellschicht von der Wurzelspitze ablöste, eine große Verschiebung der Position der Organellen innerhalb der Zellen stattfand“, sagt Keiji Nakajima, Seniorautor der Studie. „Wichtig ist, dass das Autophagiesystem intakt sein muss, damit diese Verschiebung stattfinden kann.“
Ein funktionierendes Autophagiesystem war auch erforderlich, damit sich die Zellen in einer hochgeordneten Weise von den Wurzelkappen lösen konnten.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Autophagie ein wesentlicher Bestandteil der Zellreinigung und der Organellenumlagerung ist. Beides hängt mit der funktionellen Spezialisierung der äußersten Wurzelkappenzellen als sekretorische Zellen sowie mit dem Zelltrennungsprozess zusammen“, sagt Goh.
Autophagie ist ein evolutionär konservierter Prozess in eukaryotischen Zellen, wo sie eine Schlüsselrolle beim Nährstoffrecycling und der Stressreaktion spielt, obwohl ihre Rolle bei Pflanzen weniger gut verstanden wird. Somit hat die neue Rolle der Autophagie in Pflanzen, die durch diese Studie aufgedeckt wurde, wichtige Auswirkungen auf die Erhaltung von Autophagie-Kernfaktoren in Pflanzengenomen.
Tatsuaki Goh et al, Autophagy fördert die Organellen-Clearance und die organisierte Zelltrennung von lebenden Wurzelkappenzellen in Arabidopsis thaliana, Entwicklung (2022). DOI: 10.1242/dev.200593
Bereitgestellt vom Nara Institute of Science and Technology