Pflanzenzellen sehen unter dem Mikroskop größer aus, aber nicht so, wie man es erwarten würde

Mit einem Mikroskop sind die Möglichkeiten begrenzt, bevor man ein größeres und teureres Gerät benötigt. Eine von Kevin Cox und Kollegen entwickelte Technik bietet bessere Einblicke – allerdings kein größeres Mikroskop. Die ExPOSE genannte Technik ist eine Form der Expansionsmikroskopie.

Die Expansionsmikroskopie (ExM) vergrößert biologisches Gewebe physikalisch, indem sie es in ein Hydrogel einbettet. Wissenschaftler verankern Zellbestandteile mithilfe chemischer Linker an diesem Polymer. Fügt man Wasser hinzu, absorbiert das Hydrogel dieses, quillt gleichmäßig in alle Richtungen auf und trennt die Zellbestandteile voneinander.

Mit dem Aufquellen des Hydrogels schwellen auch die Zellstrukturen an, wodurch winzige Details unter einem Standardmikroskop leichter erkennbar werden. Diese Technik funktioniert bei tierischen Zellen gut, bei Pflanzenzellen war es jedoch schon immer schwieriger, da sie über etwas verfügen, das tierischen Zellen fehlt.

Pflanzen haben starre Zellwände, die eine gleichmäßige Ausdehnung verhindern. Daher war ExM bei ihnen nicht gut anwendbar. Die Lösung von Cox & Kollegen ist einfach: Man verwendet Protoplasten anstelle von Zellen. Dabei handelt es sich um Pflanzenzellen, deren Wände entfernt wurden. Die entstehende Zellmembran kann sich bis auf das Zehnfache ausdehnen.

ExPOSE enthüllt subzelluläre Details, die mit herkömmlicher Mikroskopie nicht sichtbar sind, wie einzelne Aktinfilamente und innere mitochondriale Strukturen. Doch die Studie enthält eine noch verblüffendere Behauptung: Man könne sogar die Botschaften der Zellen erkennen. Sie lautet:

„Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse die hohe Sensitivität und Kompatibilität, die ExPOSE in Kombination mit HCR und Lattice-SIM bei der Aufdeckung feiner Details der Lokalisierung einzelner mRNA-Foci in Einzelzell-Protoplasten bietet.“

Was ExPOSE besonders wertvoll macht, ist die Tatsache, dass die Methode durch die Arbeit mit Protoplasten viele dieser artspezifischen Komplikationen umgeht. Cox und Kollegen haben die Methode bereits auf Arabidopsis, Mais und Wasserlinsen angewendet. Cox sagt, dass das Verständnis der Wasserlinsen besonders hilfreich sein könnte.

„Weil die Wasserlinse so klein ist, können wir anhand eines Modells nachvollziehen, was jede Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt tut“, sagt Cox. Dies ist besonders nützlich, um zu untersuchen, wie Pflanzenzellen auf Stress wie Infektionen oder Umweltveränderungen reagieren.

Die Forschung hat wichtige Auswirkungen auf die Landwirtschaft. Die genaue Untersuchung der Kommunikation von Pflanzenzellen bei Infektionen könnte dazu beitragen, Nutzpflanzen zu entwickeln, die Krankheiten ohne übermäßigen Pestizideinsatz besser widerstehen und so die ökologische Nachhaltigkeit verbessern.

Cox, K.L., Pardi, S.A., O’Connor, L., Klebanovych, A., Huss, D., Nusinow, D.A., Meyers, B.C., & Czymmek, K.J. (2025). ExPOSE: a comprehensive toolkit to perform expansion microscopy in plant protoplast systems. The Plant Journal, 121, e70049. https://doi.org/n96c

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Titelbild: canva. Andere Bilder: Cox et al 2026.

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