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Kompartimentierung von Metallen in Pflanzenzellen

Fluoreszenz-Sensoren sind das beste Tool für die Überwachung der Dynamik von Metallen in lebenden Zellen. Das Hauptziel eines EU-finanzierten Projekts war es, die Sensoren anzuwenden, um die In-vivo-Dynamiken von Übergangsmetallen in Pflanzenzellen zu überwachen.
Kompartimentierung von Metallen in Pflanzenzellen
Übergangsmetalle (Zink [Zn], Mangan [Mn] und Eisen [Fe]) spielen in lebenden Zellen als Redox-Akzeptoren und als erforderliche Elemente für die Proteinstruktur und -funktion eine wichtige Rolle. Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)-Sensoren sind die besten Tools für die Untersuchung der Dynamik von zellulären Metallionen-Konzentrationen.

Das Ziel des Projekts "Nanosensors to monitor metal dynamics in living plant cells" (SENSOMETAL) war es, genetisch codierte Sensoren zu entwickeln, um die Dynamik von Übergangsmetallen in lebenden Pflanzenzellen zu überwachen. Es wurde ein Satz an sechs hochempfindlichen Zn-Sensoren entwickelt. Ihre Affinitäten für Zn reichen von 2 Pikomol (pM) bis 3 Nanomol (nM) und weisen im FRET einen Bereich mit hoher Empfindlichkeit und hoher Dynamik auf. Durch diese Merkmale eignen sie sich für eine In-vivo-Überwachung von Zn.

Diese Sensoren wurden in der transienten und stabilen Expression in Wildtyp-Pflanzen und Mutanten verwenden, die in der Zn-Translokation von den Wurzeln bis zu den Spitzen beeinträchtigt waren. Unterschiedliche Komponenten wie Glukose, Stickoxid oder Wasserstoffperoxid wurden auf ihre Fähigkeit getestet, die freie zytosolische Zn-Konzentration zu beeinflussen. In einem ersten Versuch, Mn- und Fe-Sensoren zu generieren, wurden ein Dutzend Konstrukte geklont, exprimiert und purifiziert, und die Liganden-Spezifizität getestet.

Für die Untersuchung von Mechanismen der Metallhomäostase in lebenden Pflanzen sind die weitere Entwicklung des Projekts und die Einführung neuer Modifikationen der Sensoren wichtig.

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