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Pflanzenzellen wachsen stark durch Aufblasen

Es ist verblüffend, dass ein so fundamentaler Prozess wie das Wachstum von Pflanzenzellen noch nicht verstanden ist und selbst der Zellaufbau noch Überraschungen zu bieten hat. So dachte man bisher, dass sich in Pflanzenzellen nicht nur ein zentraler, mit Wasser gefüllter Raum findet, sondern mehrere kleinere solcher Vakuolen. Die Boku-Forscher haben in den von ihnen untersuchten Zellen - Wurzelzellen des Modellorganismus Arabidopsis - dagegen nur eine große Vakuole nachgewiesen.

Komplex gefaltete Strukturen

"Meistens schaut man sich die Sachen nur zweidimensional an, und da sieht es so aus, als wären da mehrere kleine Vakuolen. Wenn man das aber hochauflösend in 3D untersucht, sieht man, dass die Strukturen zusammenhängen und nur sehr komplex gefaltet sind", sagte Jürgen Kleine-Vehn vom Institut für Angewandte Genetik und Zellbiologie der Boku gegenüber der APA.

Mit hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie und sogenannter Scanning-Elektronenmikroskopie konnten die Forscher nicht nur diese überraschende Zellanatomie nachweisen, sondern auch zeigen, dass das starke Zellwachstum durch das Aufblasen der Vakuole erfolgt. Eine besondere Rolle spielt dabei Aktin, ein Protein-Baustein des Zellskeletts (Cytoskelett).

"Wir denken, dass Aktin eine Art Netz um die Vakuole herum bildet und ihr dadurch Stabilität gibt", sagte Kleine-Vehn. Die Aktin-Menge in der Zelle wird dabei vom bereits von Charles Darwin (1809-1882) entdeckten Botenstoff Auxin reguliert, der in praktisch allen Pflanzenteilen für Wachstum verantwortlich ist. "Je mehr Aktin da ist, desto schwieriger ist es für die Vakuole sich aufzublasen", so der Wissenschafter.

Zelle spart Energie

Welche Kräfte für das Aufblasen der Vakuole verantwortlich sind, ist noch unklar. Das Struktur-Protein spielt bei zellulären Bewegungen eine wichtige Rolle, die Wissenschafter verfolgen aber auch die Frage, ob dabei osmotische Kräfte mitwirken.

Jedenfalls erspart sich laut Kleine-Vehn die Zelle durch das Aufblasen sehr viel Energie: "Kleine Zellen müssen nicht unbedingt neue Strukturen bilden, um groß zu werden, weil dieser wassergefüllte Ballon einfach den Platz einnimmt."

Die untersuchten Wurzelzellen sind üblicherweise mit einer Größe von rund 15 mal 15 Mikrometer ungefähr quadratisch. "Wenn sie dann wachsen, können sie ihre Länge verzehnfachen", sagte Kleine-Vehn. Durch unterschiedlich starke Zellwände dürfte das Aufblasen der Vakuole nur in Längenwachstum resultieren.

Service: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1517445113

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