Am 21. Februar 1989 arbeitete ich am Elektronenmikroskop in der Abteilung für Physiologie der Medizinischen Fakultät der Universität Birmingham. Zu diesem Zeitpunkt war ich in meinem letzten Postdoktorandenvertrag und arbeitete mit Denis Wilkins an der Toxizität und Verträglichkeit von Aluminium (Al) in Nadelbäumen. Damals wurde angenommen, dass Al-Toxizität, verursacht durch die Versauerung von Böden durch sauren Regen in Ländern wie Deutschland und Schweden, eine wichtige Rolle beim Absterben von Wäldern spielt, die auf Deutsch als „Waldsterben“ bekannt sind. Ich hatte mich ein bisschen auf die Röntgenmikroanalyse spezialisiert, und das tat ich in Birmingham, wobei ich mir speziell Fichtenwurzeln von Pflanzen ansah, die mit Al behandelt worden waren. Ich entdeckte an diesem Tag etwas Unerwartetes und notierte in meinem Tagebuch: „Es scheint, dass Al häufig mit Si (Silizium) in der Zellwand assoziiert ist und dass es in ein zytoplasmatisches Kompartiment, den Zellkern, gelangt, wo es assoziiert ist Phosphor." Später in diesem Jahr besuchte ich die Elektronenmikroskopie-Suite im Mount Sinai Hospital in Toronto, wo sie die wunderbarste Ausrüstung zur Kartierung von Elementarverteilungen hatten, und tatsächlich, Al und Si wurden gemeinsam in den kortikalen Zellwänden lokalisiert (siehe Abb. 1). Warum war ich so aufgeregt? Ich hatte 1989 bereits zehn Jahre lang an Phytolithen (Körper aus pflanzlichem Siliziumdioxid) gearbeitet, aber ich hatte noch nie zuvor gesehen, dass Al mit Si in Verbindung gebracht wurde. Könnte dies ein Mechanismus zur Verringerung der Al-Toxizität sein? Ich sah mich in der Literatur um und fand alle möglichen Hinweise in so unterschiedlichen Bereichen wie Fischbiologie und Alzheimer-Krankheit beim Menschen, aber es gab nicht viel über Al-Si-Wechselwirkungen in Pflanzen. Ich hätte damals nicht gedacht, dass dies einen großen Teil meiner Forschung ausmachen würde und dass ich noch 2020 darüber veröffentlichen würde!

Abbildung 1: Querschnitt durch die äußere Rinde und Epidermis einer Rotfichtenwurzel. Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM)-Bild und Röntgenverteilungsbilder für Aluminium (Al); Kalium (K); und Silizium (Si).

Im September 1989 zog ich von Birmingham an die Oxford Polytechnic (jetzt Oxford Brookes University). Bald überzeugte ich meinen kanadischen Kollegen Allan Sangster, dass es sich lohnt, Al-Si-Wechselwirkungen in Pflanzen zu untersuchen. Im Sommer 1991 arbeiteten wir gemeinsam in Toronto an diesem Projekt. Wir führten unsere ersten Experimente zu Al-Si-Wechselwirkungen in Sorghum durch und zeigten, dass Si die Al-Toxizität bei dieser Art wirklich verbesserte. Außerdem haben wir wieder Röntgenmikroanalyse verwendet und festgestellt Al und Si gemeinsam abgeschieden in den epidermalen Zellwänden der Wurzel.

Ich traf David Evans zum ersten Mal am 8. Oktober 1992, kurz nachdem er als Royal Society Research Fellow am Oxford Polytechnic angekommen war. David war immer „zellulärer und molekularer“, während ich eher „ganze Pflanze und Umwelt“ war, also haben wir eine großartige Kombination gemacht (und gemacht). 1992/3 betreute ich eine Projektstudentin im Grundstudium, Kim Hammond, die sich mit Al-Si-Wechselwirkungen in Gerste befasste und gute Ergebnisse erzielte. David schlug vor, dass wir uns für ein Sommerstipendium der Royal Society für Kim bewerben sollten, um ihre Arbeit nach ihrem Abschluss fortzusetzen. Dies war erfolgreich, und es ermöglichte uns, ihre Arbeit abzuschließen, was erneut gezeigt wurde Si könnte die Al-Toxizität verbessern. Zu dieser Zeit war David Redakteur des Journal of Experimental Botany, und seine nächste Idee war es wiederholen Sie das gesamte Thema der Al-Si-Wechselwirkungen in Pflanzen in diesem Journal, bevor wir weitere Arbeiten durchführten. Die Rezension erwies sich als sehr beliebt und wurde laut Google Scholar bis Februar 2020 245 Mal zitiert.

So wussten wir 1995, dass Si unter bestimmten Umständen die Al-Toxizität in Pflanzen verbessern konnte, aber wir hatten wenig Ahnung von dem Mechanismus. David und ich hatten dann das Glück, einige Stipendien zu erhalten, und hatten noch mehr Glück, Kay Cocker (jetzt Miller) als unseren Ph.D. Student, der an diesem Thema arbeitet. Kay hat das Problem für uns mit ihrem hochinnovativen Ansatz geknackt, bei dem es um Al-induzierte Malat-Exsudation aus Weizenwurzeln geht. Um es kurz zu machen, es schien, dass der Verbesserungsmechanismus die Bildung von ungiftigen Hydroxyalumosilikaten im Apoplasten der Wurzeln umfasste. Wir brachten all diese Arbeit zusammen und schrieben sie als Hypothese. Bisher wurde die Hypothese über mehr als 20 Jahre ziemlich strengen Tests unterzogen und sie hat sich gehalten. David und ich setzten unsere Arbeit an Al-Si-Wechselwirkungen über zehn weitere Jahre fort, unterstützt von unseren Studenten Michelle Ryder und Subramaniam Prabagar. In der Zwischenzeit arbeiteten Allan Sangster und ich an der Mineralablagerung in Nadelbäumen, beginnend mit Weißfichte, und dann eine Reihe anderer Arten (z. B. Weißkiefer; Abb. 2). Sehr häufig fanden wir Al-Si-Co-Deposition in der Epidermis oder im Transfusionsgewebe.

Abbildung 2. Minerallokalisierung in einer 2-jährigen Nadel der Östlichen Weißkiefer (Pinus strobus), bestimmt durch Röntgenmikroanalyse. Mikroaufnahmen veranschaulichen die gefrorene planierte Fläche eines Querschnitts von 1 mm hinter der Spitze. STEM-Bild und Röntgenverteilungsbilder für Calcium (Ca), Silizium (Si) und Aluminium (Al). Abkürzungen: Endodermis (en), Epidermis (ep), Hypodermis (hy), Mesophyll (me), Transfusionsgewebe (tr), Gefäßgewebe (vt), Xylemwand (xw).

Im Laufe der Zeit konzentrierte David seine Bemühungen auf die pflanzliche Kernhülle, während ich mich einmischte Bücher schreiben (Abb. 3), bei der Verwendung von Phytolithen in Archäologie und im Paläoökologie, und dann zuletzt in Arbeit an Kohlenstoffbindung. Wir haben beide die Forschung zu Al-Si-Wechselwirkungen im Auge behalten, aber keiner von uns hat daran gearbeitet. Dann, am 5. März 2019, kontaktierte mich völlig unerwartet Durgesh Tripathi, Gastherausgeber einer Sonderausgabe des Journal of Experimental Botany über Pflanzensilizium. Möchte ich einen Übersichtsartikel schreiben und zu welchem ​​Thema? Sofort schoss mir durch den Kopf, dass ich einen Update-Review über Al-Si-Wechselwirkungen in Pflanzen schreiben wollte. Ich wusste auch, wen ich als Co-Autor haben wollte; David Evans.

Abbildung 3. Von links nach rechts: Martin Hodson, David Evans und John Bryant. Aufgenommen im Jahr 2012 kurz nach der Veröffentlichung von Functional Biology of Plants (Hodson und Bryant, 2012).

Bis 2019 war David zum stellvertretenden Dekan für Forschung und Wissensaustausch bei Brookes aufgestiegen und war auch stark an seiner Arbeit an nuklearen Hüllen beteiligt. Als ich mich ihm näherte, erwartete ich voll und ganz, dass er sagen würde, er sei zu beschäftigt. Aber zu meiner Überraschung erklärte er sich bereit, Co-Autor zu sein, vorausgesetzt, wir machten die Arbeit in den Sommerferien! In den 25 Jahren seit unserem ersten Bericht wurden sowohl Si- als auch Al-Transporter entdeckt, und Davids Kenntnisse der Molekularbiologie waren von unschätzbarem Wert. Wir haben uns im Sommer 2019 mehrmals getroffen und das Paper problemlos bis zur November-Deadline eingereicht. Dann haben wir gewartet. Selbst erfahrene Forscher machen sich Sorgen darüber, was mit ihrem wertvollen Papier durch Gutachter und Herausgeber passieren könnte. Doch am Abend des 23 kam die E-Mail der Redaktion mit dem Bescheid „kleine Korrekturen“. Ich leitete die E-Mail schnell an David weiter und sagte, dies sei ein erstaunlich gutes vorgezogenes Weihnachtsgeschenk für ihn. Er stimmte zu.

Unsere Rezension von 1995 erschien im Februar dieses Jahres, und genau 25 Jahre später in derselben Zeitschrift freuen wir uns, die Veröffentlichung bekannt zu geben Hodson und Evans (2020). Es war bisher eine ziemliche Geschichte. Was wird in den nächsten 25 Jahren passieren?