Die Vakuole ist das größte Organell einer Pflanzenzelle. Sie reichert Proteine, Ionen und sekundäre Pflanzenstoffe an und sorgt durch ihren Wassergehalt für den Zelldruck, der das Zellwachstum ermöglicht. Außerdem ist sie ein wichtiger Ort für den Abbau von Makromolekülen. Ein umfassendes Verständnis der Rolle der Vakuole bei der Anreicherung von Salzen und Metallionen sowie der Wasseraufnahme ist Gegenstand aktueller Forschung. Das Verständnis dieser Prozesse ist unerlässlich für die potenzielle Nutzung bei der Entwicklung zukünftiger stresstoleranter Nutzpflanzen. Wie die Vakuole entsteht und woher sie kommt, ist noch ungeklärt. Sicher ist jedoch, dass eine Pflanze ohne Vakuolen abstirbt.Rojoet al. 2001)!
Die einfachste Ansicht ist eine einzelne Vakuole, die alle Rollen erfüllt. Um jedoch solch vielfältige Funktionen zu erreichen, müssen spezialisierte Vakuolen vorhanden sein; Eine einzelne Vakuole kann nicht gleichzeitig als Ablagefach und Mülleimer fungieren! Lytische Vakuolen (LVs) sind hydrolytische, saure Kompartimente, die für den Abbau einer Vielzahl von Makromolekülen verantwortlich sind, während Proteinspeichervakuolen (PSVs) Proteine in Speicherorganen wie Samen anreichern. Bis vor einigen Jahren dachte man, dass diese beiden Vakuolentypen koexistieren könnten. Es scheint jetzt, dass ihre Koexistenz in einer einzelnen Zelle ein seltenes Ereignis ist (Frigerioet al. 2008). PSVs kommen nur in Samen vor, während LVs in vegetativen Geweben vorherrschend sind. Interessanterweise ändert der PSV während der Entwicklung seine Identität und Funktion, um ein LV zu werden (Martin 1999 und Zhenget al. 2011).
Eine Möglichkeit, wie Forscher verschiedene Vakuolen identifizieren können, besteht darin, Proteine an der Vakuolenmembran wie Aquaporine sichtbar zu machen. Aquaporine sind Membrankanäle, die Wasser und andere kleine Moleküle transportieren; einige davon an der Vakuolenmembran, dem Tonoplasten. Diese werden Tonoplast Intrinsic Proteins (TIP) genannt und als „Marker“ der Vakuolen verwendet. In der Modellanlage Arabidopsis thaliana, 10 TIP-Isoformen existieren (Johansonet al. 2001). Unterschiedliche Isoformen werden in unterschiedlichen Entwicklungsstadien und in unterschiedlichen Pflanzenorganen exprimiert. Die bisher neueste Expressionskarte dieser Isoformen verwendet translationale fluoreszierende Proteinfusionen, um Isoformen in verschiedenen Geweben in der Wurzel hervorzuheben (Gattolinet al. 2009Mithilfe einer Expressionskarte der TIPs können Forscher die funktionellen Unterschiede zwischen Isoformen besser verstehen, die möglicherweise unterschiedliche Rollen bei der Wasseraufnahme spielen. Die häufigsten Marker sind TIP3;1, das ausschließlich PSVs im sich entwickelnden Embryo markiert, und TIP1;1, das LVs nach der Keimung markiert.
Konfokale Mikroskopbilder mit diesen Markern wurden kürzlich in Videoform zusammengestellt, mit einem zwitschernden Begleitlied, in dem sich die Vakuole vorstellt. Erstellt von Dr. Anne Osterrieder von der Oxford Brookes University in Zusammenarbeit mit Dr. Lorenzo Frigerio und der Doktorandin Charlotte Carroll von der University of Warwick; Das Video und das dazugehörige Lied sind Teil einer Reihe von Organellen-Lehrhilfen. Genießen!
Mehr über Vakuolen erfahren Sie unter Die erleuchtete Zelle, der freundlicherweise das Bild der markierten Pflanzenzellen zur Verfügung stellte.
Referenzen
FRIGERIO L, HINZ G, ROBINSON DG (2008). Multiple Vakuolen in Pflanzenzellen: Regel oder Ausnahme? Verkehr 9: 1564-1570. doi:10.1111 / j.1600-0854.2008.00776.x
GATTOLIN S, SORIEUL M, HUNTER PR, KHONSARI RH, FRIGERIO L. (2009) In-vivo-Bildgebung der intrinsischen Proteinfamilie der Tonoplasten in Arabidopsis-Wurzeln. BMC Plant Biology 9:133. doi:10.1186/1471-2229-9-133
JOHANSON U., KARLSSON M., JOHANSSON I., GUSTAVSSON S., SJOVALL S., FRAYSSE L., WEIG AR, KJELLBOM P. (2001) Der vollständige Satz von Genen, die wichtige intrinsische Proteine in Arabidopsis codieren, bietet einen Rahmen für eine neue Nomenklatur für wichtige intrinsische Proteine in Pflanzen. Pflanzenphysiologie 126: 1358-1369. doi:10.1104/S.126.4.1358
MARTY F. (1999) Pflanzenvakuolen. Plant Cell 11: 587–600. doi:10.1105/tpc.11.4.587
ROJO E, GILLMOR S, KOVALEVA V, SOMEVILLE CR, RAIKHEL NV (2001) VACUOLELESS1 ist ein essentielles Gen, das für die Vakuolenbildung und Morphogenese in Arabidopsis erforderlich ist. Entwicklungszelle 1:303-310. doi:10.1016/S1534-5807(01)00024-7
ZHENG H. und STAEHELIN AL (2011) Protein Storage Vacuoles Are Transformed in Lytic Vacuoles in Root Meristematic Cells of Germinating Seedlings by Multiple, Cell Type-Specific Mechanisms. Pflanzenphysiologie 155: 2023–2035. doi:10.1104/S.110.170159
