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Was sind Plasmodesmen?

Plasmodesmen sind ein dünner Kanal durch Pflanzenzellen, der ihnen die Kommunikation ermöglicht.

Pflanzenzellen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von tierischen Zellen, sowohl hinsichtlich einiger ihrer inneren Organellen als auch hinsichtlich der Tatsache, dass Pflanzenzellen Zellwände haben, wohingegen tierische Zellen dies nicht tun. Die beiden Zelltypen unterscheiden sich auch darin, wie sie miteinander kommunizieren und wie sie Moleküle translozieren.

 

Was sind Plasmodesmen?

Plasmodesmen (Singularform: Plasmodesmen) sind interzelluläre Organellen, die nur in Pflanzen- und Algenzellen vorkommen. (Das „Äquivalent“ der tierischen Zelle wird als Gap Junction bezeichnet .)

Die Plasmodesmen bestehen aus Poren oder Kanälen, die zwischen einzelnen Pflanzenzellen liegen und den symplastischen Raum in der Pflanze verbinden. Sie können auch als „Brücken“ zwischen zwei Pflanzenzellen bezeichnet werden.

Die Plasmodesmen trennen die äußeren Zellmembranen der Pflanzenzellen. Der tatsächliche Luftraum, der die Zellen trennt, wird als Desmotubule bezeichnet.

Das Desmotubulus besitzt eine starre Membran, die sich über die Länge des Plasmodesmas erstreckt. Das Zytoplasma liegt zwischen der Zellmembran und dem Desmotubulus. Das gesamte Plasmodesma ist mit dem glatten endoplasmatischen Retikulum der verbundenen Zellen bedeckt.

Plasmodesmen bilden sich während der Zellteilung der Pflanzenentwicklung. Sie bilden sich, wenn Teile des glatten endoplasmatischen Retikulums aus den Elternzellen in der neu gebildeten Pflanzenzellwand eingeschlossen werden.

Primäre Plasmodesmen werden gebildet, während die Zellwand und das endoplasmatische Retikulum ebenfalls gebildet werden; Danach werden sekundäre Plasmodesmen gebildet. Sekundäre Plasmodesmen sind komplexer und können unterschiedliche funktionelle Eigenschaften hinsichtlich der Größe und Art der Moleküle aufweisen, die sie passieren können.

 

Aktivität und Funktion

Plasmodesmen spielen sowohl bei der zellulären Kommunikation als auch bei der Molekültranslokation eine Rolle. Pflanzenzellen müssen als Teil eines mehrzelligen Organismus (der Pflanze) zusammenarbeiten. Mit anderen Worten, die einzelnen Zellen müssen zum Wohle des Gemeinwohls arbeiten.

Daher ist die Kommunikation zwischen Zellen entscheidend für das Überleben der Pflanzen. Das Problem mit den Pflanzenzellen ist die zähe, starre Zellwand. Für größere Moleküle ist es schwierig, die Zellwand zu durchdringen, weshalb Plasmodesmen erforderlich sind.

Die Plasmodesmen verbinden Gewebezellen miteinander, so dass sie für das Wachstum und die Entwicklung des Gewebes von funktioneller Bedeutung sind. Die Forscher stellten 2009 klar, dass die Entwicklung und das Design wichtiger Organe vom Transport von Transkriptionsfaktoren (Proteinen, die zur Umwandlung von RNA in DNA beitragen) durch die Plasmodesmen abhängen.

Früher galten Plasmodesmen als passive Poren, durch die sich Nährstoffe und Wasser bewegten. Jetzt ist bekannt, dass es sich um eine aktive Dynamik handelt.

Es wurde festgestellt, dass Aktinstrukturen dabei helfen, Transkriptionsfaktoren und sogar Pflanzenviren durch das Plasmodesma zu bewegen . Der genaue Mechanismus, wie die Plasmodesmen den Nährstofftransport regulieren, ist nicht genau bekannt, aber es ist bekannt, dass einige Moleküle dazu führen können, dass sich die Plasmodesmenkanäle weiter öffnen.

Fluoreszenzsonden halfen dabei, herauszufinden, dass die durchschnittliche Breite des plasmodesmalen Raums ungefähr 3-4 Nanometer beträgt. Dies kann jedoch zwischen Pflanzenarten und sogar Zelltypen variieren. Die Plasmodesmen können möglicherweise sogar ihre Abmessungen nach außen ändern, so dass größere Moleküle transportiert werden können.

Pflanzenviren können sich möglicherweise durch Plasmodesmen bewegen, was für die Pflanze problematisch sein kann, da die Viren sich fortbewegen und die gesamte Pflanze infizieren können. Die Viren können möglicherweise sogar die Plasmodesmengröße manipulieren, so dass sich größere Viruspartikel hindurchbewegen können.

Forscher glauben, dass das Zuckermolekül, das den Mechanismus zum Schließen der plasmodesmalen Pore steuert, Kallose ist. In Reaktion auf einen Auslöser wie einen Erreger-Eindringling wird Kallose in der Zellwand um die plasmodesmale Pore abgelagert und die Pore schließt sich.

Das Gen, das den Befehl zur Synthese und Ablagerung von Kallose gibt, heißt CalS3. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Plasmodesmatendichte die induzierte Resistenzreaktion auf einen Pathogenangriff in Pflanzen beeinflusst.

Diese Idee wurde geklärt, als entdeckt wurde, dass ein Protein namens PDLP5 (Plasmodesmata- Locused Protein 5) die Produktion von Salicylsäure verursacht, was die Abwehrreaktion gegen pflanzenpathogene Bakterienbefall verstärkt.

 

Forschungsgeschichte

1897 bemerkte Eduard Tangl das Vorhandensein der Plasmodesmen im Symplasma, aber erst 1901 nannte Eduard Strasburger sie Plasmodesmen.

Natürlich ermöglichte die Einführung des Elektronenmikroskops eine genauere Untersuchung der Plasmodesmen. In den 1980er Jahren konnten Wissenschaftler die Bewegung von Molekülen durch die Plasmodesmen mit fluoreszierenden Sonden untersuchen. Unser Wissen über die Struktur und Funktion von Plasmodesmen bleibt jedoch rudimentär, und es müssen weitere Untersuchungen durchgeführt werden, bevor alles vollständig verstanden ist.

Weitere Forschungen wurden lange behindert, da Plasmodesmen so eng mit der Zellwand verbunden sind. Wissenschaftler haben versucht, die Zellwand zu entfernen, um die chemische Struktur der Plasmodesmen zu charakterisieren. Im Jahr 2011 wurde dies erreicht und viele Rezeptorproteine ​​wurden gefunden und charakterisiert.

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