Calciumionen (ca2+) sind wichtige Signalmoleküle, um Informationen um und zwischen Zellen weiterzuleiten. In Pflanzen sind Calciumsignale an vielen Prozessen beteiligt, einschließlich Zellwachstum, Reaktionen auf Umweltstress (z. B. hoher Salzgehalt im Boden) und Abwehr von krankheitsverursachenden Mikroben. Letzte Woche versammelten sich viele der Forscher, die Kalziumsignale in Pflanzen untersuchten, auf der Plant Calcium Signaling 2014-Treffen in Münster, Deutschland.
Ich habe das Treffen sehr genossen. Es war großartig, von der aktuellen Forschung anderer zu hören und zu sehen, wie weit sich der Forschungsbereich seit dem letzten Treffen im Jahr 2010 weiterentwickelt hat. Auf der Konferenz wurden viele spannende Forschungsergebnisse vorgestellt, aber ich gehe einfach um nur einige meiner Favoriten zu nennen.
Langstrecken-Kalziumwellen in Pflanzenwurzeln wurden aus der Sicht eines Biologen diskutiert (Simon Gilroy, University of Wisconsin) und dann Physiker (Matthew J. Evans, John Innes Zentrum). Die Forschungsgruppe von Gilroy fand heraus, dass die Behandlung von Pflanzenwurzeln mit Salz (NaCl) schnell Kalzium (Ca2+) Wellen, die sich mit Geschwindigkeiten von etwa 400 µm/s von der Wurzel zum Spross ausbreiten (1). Hohe Salzgehalte können für Pflanzen schädlich sein, und die Kalziumwelle ist wahrscheinlich an der Aktivierung von Stressreaktionen der gesamten Pflanze beteiligt, die der Pflanze helfen, unter diesen Bedingungen zu überleben. Im Video unten ist die Welle als Farbwechsel von gelb (niedriger Calciumionengehalt) zu rot (hoher Calciumionengehalt) sichtbar.
Evans stellte dann das mathematische Modell vor, das er auf der Grundlage von Gilroys biologischen Daten entwickelt. Obwohl das Modell eine Vereinfachung dessen ist, was in einer Pflanze passieren würde, passt es ziemlich gut zu den aktuellen biologischen Daten. Anhand des Modells lassen sich Vorhersagen treffen, die Gilroys Forschungsgruppe nun in Pflanzen testen kann.
Kalziumsignale werden von Kalzium-bindenden Proteinen wahrgenommen, die daraufhin nachgeschaltete Zellreaktionen aktivieren oder inaktivieren. Pflanzen besitzen eine Vielzahl von Kalzium-bindenden Proteinen, die in verschiedene Typen unterteilt sind. Warum Pflanzen so viele Kalzium-bindende Proteine benötigen, ist noch nicht vollständig geklärt. Auf der Tagung… Jürgen Kudla (WWU Münster, Deutschland) stellten Daten vor, die bei der Beantwortung dieser Frage helfen können. Er fand heraus, dass zwei kalziumbindende Proteine aus verschiedenen Familien synergistisch wirken, um eine nachgeschaltete Zellantwort zu aktivieren. Obwohl beide Proteine die Antwort alleine aktivieren konnten, wurde ein viel höheres Aktivierungsniveau erreicht, wenn beide vorhanden waren.
Forscher haben Zugang zu mehreren Werkzeugen, um Kalziumsignale in Zellen sichtbar zu machen. Melanie Krebs (Universität Heidelberg) diskutierte ihre Arbeit zur Anpassung der GECO-Kalziumsensoren, die ursprünglich für die Verwendung in tierischen Zellen (2) entwickelt wurden, für die Expression an verschiedenen Stellen innerhalb von Pflanzenzellen. Die GECOs sind empfindlicher als andere Calcium-Reporter wie z Cameleon YC3.6. Krebs demonstrierte, dass sie verwendet werden könnten, um einige Kalziumveränderungen in einzelnen Zellen sichtbar zu machen, die bisher nur auf der Ebene der ganzen Pflanze/des ganzen Organs beobachtet wurden.
Meine beiden anderen Lieblingsvorträge drehten sich um die Rolle von Kalzium in der Pflanzenentwicklung. José Feijo (University of Maryland) diskutierten die Rolle von Kalzium beim Wachstum der Pollenschläuche während der Befruchtung. Direkt nach, Alex Webb (Universität Cambridge) präsentierte seine Forschung zur Rolle von Kalzium in der circadianen Uhr, der inneren Uhr der Pflanzen, die ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel mit dem Tag-Nacht-Zyklus koordiniert. Neben den Vorträgen bot die Konferenz Postersitzungen, in denen die Forscher ihre Arbeit in informeller Atmosphäre diskutieren konnten.
Das Treffen war eine wirklich nützliche Gelegenheit für die Forschungsgemeinschaft pflanzlicher Kalziumsignalwege, zusammenzukommen, und ich möchte dem Organisationskomitee für all die harte Arbeit danken, die es in seine Durchführung gesteckt hat.
Referenzen
1) Choi et al. (2014) Durch Salzstress induzierte Ca2+-Wellen sind mit einer schnellen Wurzel-zu-Spross-Signalübertragung über große Entfernungen in Pflanzen verbunden. PNAS. PMID: 24706854
2) Zhao et al. (2013) An Expanded Palette of Genetically Encoded Ca2+ Indicators. PubMed Central. PMID: 21903779
