Der Tod ist ein Teil des Lebens, aber im Fall der epiphytischen Orchidee Cymbidium tracyanum Auch der Tod ist ein Teil des Wachstums. Das hat eine kürzlich von Li und Kollegen durchgeführte Studie ergeben Der programmierte Zelltod (PCD) spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Wurzeln der Orchidee, insbesondere die Wurzel Velamen radicum. Das Velamen radicum ist ein schwammartiges Gewebe, das die äußere Oberfläche der Epidermis epiphytischer Pflanzenwurzeln bedeckt. Oh, und dieses schwammige Gewebe besteht aus mehreren Schichten toter Zellen.

Aber warten Sie, bevor Sie auch nur daran denken, diese toten Velamen-Radicum-Zellen abzuschälen, denken Sie an dieses schwammige Gewebe hilft der Pflanze, Wasser aufzunehmen und kann die Nährstoffaufnahme unterstützen. Laut Li und Kollegen ist die Entwicklung des Velamen radicum „ein wichtiges Merkmal für die Wasseraufnahme und -retention in einigen Pflanzenfamilien, insbesondere in epiphytischen Orchideen, um in wasserarmen Umgebungen zu überleben“.

Cymbidium tracyanum ist eine epiphytische Orchidee, die an Baumstämmen in den subtropischen Wäldern Südwestchinas in Höhenlagen von 1200 bis 2000 m über dem Meeresspiegel wächst. Bild: Durchschnitt / Wikipedia

Um den PCD-Prozess besser zu verstehen, charakterisierten Li und Kollegen die wichtigsten anatomischen und molekularen Veränderungen, die während der Entwicklung und des Todes von Velamen-Radicum-Zellen auftreten Cymbidium tracyanum Wurzeln. Mit einer Kombination aus Transmissionselektronenmikroskopie, Röntgenmikrotomographie und Transkriptommethoden fanden sie drei eng miteinander verbundene Schritte, die an der Entwicklung des Velamen-Radicums beteiligt sind. Diese drei Schritte stimmen weitgehend mit dem Entwicklungsprozess überein, der zuvor in Xylemgefäßen und -fasern beobachtet wurde.

Schritt 1: Wenn PCD initiiert wird, nehmen sowohl die Zell- als auch die Vakuolengröße des Wurzelvelamen radicum zu, und mehrere Gene, die an Brassinosteroid- und Ethylenwegen beteiligt sind, werden hochreguliert. Diese beiden Pflanzenhormone (Brassinosteroid und Ethylen) sind auch an der Initiierung des Zelltods in Xylemgeweben beteiligt.

Schritt 2: Die sekundäre Zellwand wird durch eine Reihe signifikanter anatomischer Veränderungen gebildet, darunter DNA-Abbau, Verdünnung des Zytoplasmas, Abnahme der Organellen, Vakuolenriss und schließlich Zellwandverdickung. Die Autoren fanden auch „Veränderungen in der Expression von Genen im Zusammenhang mit der Biosynthese von Zellulose und Lignin, die maßgeblich an der Bildung sekundärer Zellwände beteiligt sind“.

Schritt 3: Im Endstadium der PCD stirbt die Zelle und zerstört sich selbst durch die Wirkung ihrer eigenen Enzyme (auch bekannt als Autolyse). Li und Kollegen schreiben, dass „der zytoplasmatische Abbau durch Autophagie wahrscheinlich von grundlegender Bedeutung für Pflanzen-PCD ist“ und „der letzte Prozess der Autolyse erfolgte allmählich, aber exponentiell von der Außenseite zum Inneren des Velamen-Radicums“.

Bildunterschrift: Molekulare Kontrollen und anatomische Veränderungen, die an der Entwicklung des Wurzelvelamen radicum beteiligt sind. Quelle: Liet al. (2020).

Jetzt, da der PCD-Prozess in Wurzelvelamen radicum besser verstanden ist, schlagen die Autoren vor, dass „weitere Forschungen, basierend auf der Untersuchung, wie sich der Entwicklungsprozess von PCD mit den Umweltbedingungen verändert, noch erforderlich sind, um die Mechanismen zu verstehen, die den ökologischen Anpassungen epiphytischer Orchideen zugrunde liegen .“