Isolierung lebensfähiger mehrzelliger Drüsen aus Gewebe der fleischfressenden Pflanze Nepenthes

Sandy Rottloff; Axel Mithöfer; Ute Müller; Roland Kilper

doi:10.3791/50993

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Methodenartikel

Isolierung lebensfähiger mehrzelliger Drüsen aus Gewebe der fleischfressenden Pflanze Nepenthes

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DOI:

10.3791/50993

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22. Dezember 2013

Sandy Rottloff¹ , Axel Mithöfer² , Ute Müller³ , Roland Kilper³

¹Laboratoire Agronomie et Environnement, Université de Lorraine, ²Department of Bioorganic Chemistry, Max Planck Institute for Chemical Ecology, ³aura optik

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Pflanzendrüsen sind spezialisierte Strukturen, die für die Biosynthese und Sekretion vieler Verbindungen verantwortlich sind, die an Wechselwirkungen mit der biotischen Umwelt beteiligt sind. Um Untersuchungen zu ihren molekularen und biochemischen Eigenschaften zu ermöglichen, wurde eine mechanische Mikropräparationstechnik etabliert, um einzelne stoffwechselaktive Drüsen, hier aus der fleischfressenden Pflanze Nepenthes, zu isolieren.

Zusammenfassung

Viele Pflanzen besitzen spezialisierte Strukturen, die an der Produktion und Sekretion von spezifischen niedermolekularen Verbindungen und Proteinen beteiligt sind. Diese Strukturen sind fast immer auf Pflanzenoberflächen lokalisiert. Darunter befinden sich Nektarien oder Drüsentrichome. Die sezernierten Verbindungen werden häufig in Wechselwirkungen mit der biotischen Umwelt eingesetzt, zum Beispiel als Lockstoffe für Bestäuber oder zur Abschreckung von Pflanzenfressern.

Drüsen, die in mehreren Aspekten einzigartig sind, finden sich in fleischfressenden Pflanzen. Bei sogenannten Kannenpflanzen der Gattung Nepenthes scheiden bifunktionale Drüsen im Inneren der Fallgrube einerseits die Verdauungsflüssigkeit einschließlich aller für die Beuteverdauung notwendigen Enzyme aus und nehmen andererseits die freigesetzten Nährstoffe auf. Somit stellen diese Drüsen ein ideales, spezialisiertes Gewebe dar, das prädestiniert ist, die zugrunde liegenden molekularen, biochemischen und physiologischen Mechanismen der Proteinsekretion und Nährstoffaufnahme in Pflanzen zu untersuchen. Darüber hinaus könnte generell die Biosynthese von Sekundärverbindungen, die von vielen Pflanzen produziert werden, die mit Drüsenstrukturen ausgestattet sind, direkt in Drüsen untersucht werden.

Um an solchen spezialisierten Strukturen arbeiten zu können, müssen sie effizient, schnell, metabolisch aktiv und ohne Kontamination mit anderen Geweben isoliert werden. Daher wurde eine mechanische Mikropräparationstechnik entwickelt und für Studien an Nepenthes-Verdauungsflüssigkeit eingesetzt. Hier wird ein Protokoll vorgestellt, das zur erfolgreichen Präparierung einzelner bifunktioneller Drüsen aus Nepenthes-Fallen verwendet wurde, basierend auf einer mechanisierten Mikroprobenahmeplattform. Die Drüsen konnten isoliert und nach Präparation der RNA direkt für die Genexpressionsanalyse mittels PCR-Techniken weiterverwendet werden.

Einleitung

Pflanzen produzieren eine große Vielfalt an Verbindungen mit unterschiedlichen industriellen und pharmazeutischen Anwendungen, die von Molekülen mit geringem Molekulargewicht bis hin zu Polymeren reichen. Solche Verbindungen werden häufig von hochspezialisierten Strukturen produziert und abgesondert, von denen viele an der Oberfläche der Pflanzen lokalisiert sind, wie beispielsweise drüsenförmige Trichome oder Nektarien, oder innerlich, wie Idioblasten bzw. Latex- und Harzkanäle. Über die Biologie dieser spezialisierten sekretorischen Strukturen ist jedoch vergleichsweise wenig bekannt, obwohl alle Arten dieser Drüsen zahlreiche Merkmale aufweisen, die auf einen aktiv....