Pflanzenwissenschaftliche Forschung ebnet den Weg für ein tieferes Verständnis der Funktionsweise des pflanzlichen Immunsystems

Forscher im Labor von Tessa Burch-Smith, Ph.D. am Danforth Plant Science Center und der University of Tennessee, Knoxville, führen Pionierarbeit durch, um herauszufinden, wie Pflanzen Informationen, wichtige Moleküle und Viren zwischen Zellen übertragen.

In einer aktuellen Studie zeigten sie, wie Plasmodesmata (PD) – Strukturen, die benachbarte Zellen in Blättern und anderen Organen verbinden – durch die Ablagerung von Callose (einem Kohlenhydratpolymer) kontrolliert werden, wenn Pflanzen auf eine Infektion reagieren. Ihre Forschung verglich verschiedene Methoden zur genauen Quantifizierung der Kalloseansammlung um die mikroskopischen PD-Kanäle und ebnete den Weg für ein tieferes Verständnis der Funktionsweise des pflanzlichen Immunsystems.

Ergebnisse ihrer Studie wurden kürzlich veröffentlicht veröffentlicht in „Vergleich von Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung von plasmodesmaler Kallose in Blättern von Nicotiana benthamiana“ in der Zeitschrift Molekulare Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben..

Callose, ein Polymer aus Glukosemolekülen, ist für die Regulierung des interzellulären Transports über Plasmodesmen (PD) unerlässlich. Krankheitserreger manipulieren PD-lokalisierte Proteine, um den interzellulären Transport zu ermöglichen, indem sie Callose am PD entfernen oder umgekehrt die Calloseansammlung am PD erhöhen, um den interzellulären Transport während der Infektion zu begrenzen.

Pflanzliche Abwehrhormone wie Salicylsäure regulieren PD-lokalisierte Proteine, um PD und den interzellulären Transport während Immunabwehrreaktionen wie systemisch erworbener Resistenz zu kontrollieren.

Die Messung der Kalloseablagerung bei PD in Pflanzen hat sich als beliebte Methode zur Beurteilung des wahrscheinlichen Transports von Molekülen zwischen Zellen während der Pflanzenimmunität herausgestellt. Trotz der Beliebtheit dieser Metrik gibt es keinen Standard dafür, wie diese Messungen durchgeführt werden sollten.

Die Erstautorin Amie Sankoh, Ph.D., und ihr Studienkollege Joseph Adjei verglichen drei häufig verwendete Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung von PD-Callose durch Anilinblau-Färbung und bewerteten sie, um die effektivste im Blattmodell zu ermitteln. Sowohl Amie als auch Joseph sind gehörlos und kommunizieren hauptsächlich über die amerikanische Gebärdensprache.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass die zuverlässigste Methode die Anilinblau-Färbung und die Fluoreszenzmikroskopie zur Messung der Kalloseablagerung in fixiertem Gewebe nutzte. Manuelle oder halbautomatische Arbeitsabläufe für die Bildanalyse wurden ebenfalls verglichen und ergaben ähnliche Ergebnisse, obwohl der halbautomatische Arbeitsablauf eine breitere Verteilung der Datenpunkte erzeugte.

„Wir waren überrascht, wie unterschiedlich die Zuverlässigkeit der verschiedenen Methoden zum Nachweis von Callose sein kann. Wir glauben, dass diese Arbeit die Konsistenz in Experimenten in verschiedenen Labors erheblich verbessern wird“, sagte Dr. Sankoh.

Diese Studie stützte sich auf das Advanced Bioimaging Laboratory am Danforth Center. Das Team plant, das identifizierte Protokoll und die Analyse zu verwenden, um zu untersuchen, wie sich die Kallosespiegel bei Parkinson im Verlauf einer Infektion mit verschiedenen Hormonen verändern. Solche Studien könnten wichtige Zeitpunkte identifizieren, zu denen die Parkinson-Krankheit manipuliert werden könnte, um den Infektionsprozess zu stören und Pflanzenkrankheiten vorzubeugen.