4. Funktionen von AGPs in planta

 

Für einige AGPs konnte gezeigt werden, dass sie Einfluss auf die Zelldifferenzierung haben sowie an Vorgängen wie Zellstreckung, Zellproliferation oder dem programmierten Zelltod beteiligt sein können. Ein erster Schritt zu Rückschlüssen auf mögliche Funktionen ist die Lokalisation von AGPs in der Pflanze. Dazu nutzen wir Antikörper und detektieren die AGPs mit Hilfe von Immunfluoreszenz und Fluoreszenzmikroskopie.

Folgende Antikörper stehen uns zur Verfügung:

  • Polyklonale Antikörper gegen Echinacea-AGP (Kaninchen)
  • Monoklonale Antikörper (KM = Kiel Monoclonal) gegen Echinacea AGP (Maus)
  • Polyklonale Antikörper gegen β-Glc Yariv Reagenz (KLH gekoppelt, Kaninchen)

 

Fortlaufend arbeiten wir an der Epitopcharakterisierung der AGP-Antikörper. Für KM 1 konnte in 2017 das notwendige Oligosaccharidepitop für KM 1 sehr gut charakterisiert werden. Diese Arbeiten erfolgten durch Dr. Fabian Pfrengle, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Potsdam) unter Einsatz zahlreicher synthetisch hergestellter Oligosaccharide.

 

 Xylemdifferenzierung

Wir konnten für Echinacea purpurea zeigen, dass AGPs in Wurzeln, Stängeln und Blattstielen bevorzugt in Zellwänden von Tracheen und Tracheiden vorkommen. Die Änderung der Lokalisation der AGPs während der Entwicklung der Tracheen (siehe Abb. B und C) unterstützt die Hypothese anderer Autoren, dass AGPs an der Differenzierung des Xylems beteiligt sind. Als erste Arbeitsgruppe konnten wir zusätzlich zeigen, dass AGPs gehäuft auch im Bereich der Tüpfelkanäle vorkommen, die benachbarte Tracheen / Tracheiden verbinden, so dass AGPs vermutlich auch eine Funktion bei der Entstehung von Tüpfelkanälen einnehmen.

 Immunfluoreszenz von AGPs im Blattstiel von Echinacea purpurea.Immunfluoreszenz von AGPs im Blattstiel von Echinacea purpurea. II 

Immunfluoreszenz von AGPs im Blattstiel von Echinacea purpurea.

A Querschnitt; Immunfluoreszenz der AGPs vor allem im Xylem der Leitbündel.

B Differenzierung des Xylems im offen kollateralen Leitbündel.

1: Junges, sich differenzierendes Gefäß mit Sekundärwand und AGPs im Zytoplasma.

2: Vollständig ausdifferenziertes Gefäß des Metaxylems ohne Zytoplasma, aber mit der typischen Zellwandverdickung mit Tüpfelkanälen; AGPs nun in der Zellwand.

3: Älteres Gefäß, wahrscheinlich aus dem Protoxylem mit großen AGP-Ablagerungen im Bereich der Sekundärwand.

C Querschnitt durch 3 junge, neu entstehende Gefäße in der Nähe des Kambiums. AGPs befinden sich im Zytoplasma, nicht im Zellwandbereich.


 Immunlokalisierung von AGPs im Xylem von E. purpurea.

Links und Mitte Querschnitt durch das Xylem des Stängels.

Immunfluoreszenz der AGPs vor allem am inneren Saum der Zellwand sowie im Bereich der Tüpfelkanäle.

Rechts Längsschnitt eines xylematischen Gefäßes des Blattstiels.

Immunfluoreszenz der AGPs in der Zellwand um die Tüpfelkanäle herum.

 

Publikationsauswahl

Göllner EM, Gramann JC, Classen B: Antibodies against Yariv´s reagent for immunolocalization of arabinogalactan-proteins in aerial parts of Echinacea purpurea. Planta Med (2013) 79(2): 175-80.
 
Bossy A, Blaschek W, Classen B: Characterization and immunolocalization of arabinogalactan-proteins in roots of Echinacea purpurea. Planta Med (2009) 75: 1526-1533.

 

Somatische Embryogenese

In Zellkulturen können AGPs die Bildung somatischer Embryonen fördern. Für die Arzneipflanze Pelargonium sidoides, deren Wurzeln Ausgangsmaterial für pflanzliche Arzneistoffe zum Einsatz bei akuter Bronchitis sind und die auch heute noch viel aus Wildsammlungen in Südafrika stammen, haben wir eine neue Methode zur Vermehrung mittels somatischer Embryogenese entwickelt. Der Einfluss verschiedener Phytohormone zur Optimierung des Verfahrens wurde untersucht, wobei sich Thidiazuron als am besten geeignet erwies. Besonders interessant ist der Einfluss von AGPs auf diesen Prozess. Mit Hilfe von extern zugeführten AGPs aus P. sidoides oder auch aus Zellkulturen der Pflanze kann die Anzahl der gebildeten Embryonen und Jungpflanzen deutlich gesteigert werden. Dies wurde in einem Versuchsansatz mit über 1000 Pflanzen statistisch abgesichert.

Entwicklung somatischer Embryonen an Explantaten des Blütenstandstängels von P. sidoidesEntwicklung somatischer Embryonen an Explantaten des Blütenstandstängels von P. sidoides II

Entwicklung somatischer Embryonen an Explantaten des Blütenstandstängels von P. sidoides

Entwicklung der durch somatische Embryogenese entstandenen Jungpflanzen im Gewächshaus

Entwicklung der durch somatische Embryogenese entstandenen Jungpflanzen im Gewächshaus

 

Publikationsauswahl

Duchow S, Dahlke RI, Geske T, Blaschek W, Classen B: Arabinogalactan-proteins stimulate somatic embryogenesis and plant propagation of Pelargonium sidoides. Carbohydr Pol (2016) 152: 149-155.
 
Duchow S, Blaschek W, Classen B: Reproduction of the medicinal plant Pelargonium sidoides via somatic embryogenesis. Planta Med (2015) 81: 1169-1174.

 

 

Salztoleranz

Arbeiten zur Funktion von AGPs und/oder Pektinen in Mechanismen der Salztoleranz wurden in der Vergangenheit bereits durchgeführt und werden aktuell an der schleimproduzierenden Pflanze Kosteletzkya virginica (Malvaceae) weitergeführt (Kooperation mit Dr. S. Lutts, Pflanzenphysiologie, Universität Louvain, Belgien).

 

Publikation

Ghanem ME, Han RM, Classen B, Quetin-Leclerq J, Mahy G, Ruan CJ, Qin P, Perez-Alfocea F, Lutts S: Mucilage and Polysaccharides in the Halophyte Plant Species Kosteletzkya virginica (L.) Presl.: Localization and Composition in relation to salt stress. J Plant Physiol (2010) 167: 382-392.
 

 

Pathogenabwehr

In der Literatur finden sich ferner Hinweise auf eine Beteiligung von HPRGs (= Hydroxyprolin-reiche-Glykoproteine) der pflanzlichen Zellwand im Rahmen der Pathogenabwehr. In ersten Versuchen konnten wir zeigen, dass bei Nematodenbefall von Getreide der Gehalt an Hydroxyprolin in den Getreidezellwänden ansteigt, was eine Beteiligung von HRGPs, zu denen AGPs und Extensine gehören, nahelegt. Im Rahmen eines BMBF-Projektes  („NEMARES“, Leiter Prof. Jung, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, CAU Kiel) wird dieser Mechanismus momentan weiter untersucht.