Symbiose-Abbildung

Im Zuge einer europäischen Studie wurden innovative Bildgebungsinstrumente für die Untersuchung der Pflanzensymbiose bei kolonisierenden Pilzen entwickelt. Die Aktivitäten führten zu bis dato unerreichten Details über die Strukturen und Moleküle, die am Symbioseprozess beteiligt sind.

Klimawandel und Umwelt

Die Arbuskuläre-Mykorrhiza (AM)-Symbiose stellt eine Verbindung zwischen Pilz und Pflanze dar, welche den bidirektionalen Austausch von Metaboliten wie bspw. anorganischem Phosphat durch den Wirt vereinfacht. AM-Pilze bilden innerhalb der Wurzeln der meisten Landpflanzen komplexe Versorgungsstrukturen, die als Arbuskeln bezeichnet werden. Dies führt zu Umprogrammierungsereignissen, die in der Synthese einer vom Wirt abgeleiteten Membran kulminieren, welche die Arbuskel, die periarbuskuläre Membran (PAM), umgibt. Ablauf und Dynamik der PAM-Biogenese sind jedoch bislang kaum beschrieben worden. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts ENDOSYM (3-D quantitative modelling of eukaryotic endosymbiosis: a pioneering innovative imaging approach) widmeten sich der Entwicklung neuartiger Biobildgebungsverfahren, welche eine Tiefengewebe-4D-Bildgebung der Membrandynamik von lebenden Zellen sowie hochauflösende ultrastrukturelle Analysen ermöglichen würden. Die Forscher richteten ein AM-Symbiosemodell für Reis und Rhizophagus irregularis ein und wandten eine hochauflösende konfokale Multiphotonenmikroskopie (multi-photon confocal microscopy, MPCM) sowie eine Ultrastrukturtomographie an. Um die Abbildung lebender Zellen einfacher zu gestalten, wurden die Wurzeln so verändert, dass diese eine fluoreszierende Form des Mycorrhiza-kolonisierten Phosphattransporters PT1 exprimieren. Zusätzliche subzellulare fluoreszierende Membranmarker wurden für die MPCM-Bildgebung verwendet. Die Resultate legten zum ersten Mal nahe, dass die PT11-Lokalisierung am PAM von sich entwickelnden Arbuskeln an bestimmten Foki auftrat, welche die Spitzen zarter Arbuskelzweigen umgeben. Die temporale Abbildung der PT11-Lokalisierung legte nahe, dass sich diese entweder direkt auf die Arbuskelzweigbildung auswirkt oder dass letztgenannte die Lokalisierung von PT11 bestimmt. Im Hinblick auf die 3D-Membranstrukturen testeten die Wissenschaftler verschiedene Ansätze für die Membrankonservierung. Unter Anwendung eines Hochdruckgefrierverfahrens wurden neue tubulare Membranerweiterungen des Pilzes beobachtet, die Nanopodia ähnelten und es wurde die komplexe PAM-Natur validiert. Insgesamt gesehen demonstrierten die Forscher, dass die AM-Symbiose ein ausgezeichnetes Modell darstellt, um die molekularen Prozesse zu beleuchten, welche die komplexe, durch Eindringlinge vermittelte Umprogrammierung eukaryotischer Organismen unterstützen. Die entwickelten Bildgebungsverfahren könnten auf andere Systeme angewandt werden, um wichtige Strukturen und molekulare Informationen offenzulegen.

Schlüsselbegriffe

Symbiose, arbuskuläre Mykorrhizapilze, ENDOSYM, Rhizophagus irregularis, PT11

3-D Quantitative Modelling of Eukaryotic Endosymbiosis: A Pioneering Innovative Imaging Approach

Symbiose-Abbildung

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