Die Evolution vom Stoma zum Magen: Das Bindeglied zwischen der Stomaphysiologie und Karnivorenpflanzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Fleischfressende Kannenpflanzen scheiden saure Verdauungsflüssigkeiten aus, die den Magensäften von Tieren ähneln. Die evolutionären Ursprünge ihrer Fähigkeit zur Säuresekretion waren jedoch bisher unklar, obwohl sie ursprünglich keine magenähnlichen Organe besaßen. Hier zeigen wir, dass die Verdauungsdrüsen der australischen Kannenpflanze Cephalotus follicularis die stomatären Ionentransportmechanismen, die ursprünglich zur Regulierung der Osmolalität dienten und die Bewegung der Stomata ermöglichten, sich zur Ansäuerung der Verdauungsflüssigkeit angepasst haben. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Produktion der Verdauungsflüssigkeit in Kannenpflanzen ein zweistufiger Prozess ist: Große mehrzellige Drüsen scheiden zunächst eine pH-neutrale Flüssigkeit in das Kannenlumen aus, die anschließend von kleinen zweizelligen Drüsen, die den stomatären Schließzellen ähneln, angesäuert wird. Unsere Transskriptomanalyse angereicherter kleiner Drüsenzellen zeigte eine hohe Transkriptabundanz der Protonen-ATPase H+-ATPase 1 (HA1), des Chlorid/Nitrat-Kanals SLAC1 HOLOLOGUE 3 (SLAH3) und des nitratpräferierenden Transporters NRT1/PTR FAMILY 6.3 (NPF6.3), neben einer geringen Expression anderer bekannter Ionentransportproteine, die in Plasmamembranen von Schließzellen vorkommen. Elektrophysiologische Messungen an Xenopus-Oozyten bestätigten die Protonenexportaktivität von CfHA1, und ein spezifischer Inhibitor verringerte die Flüssigkeitsansäuerung in Cephalotus-Kannen. CfSLAH3 sekretiert sowohl Chlorid als auch Nitrat aus dem Zytosol, was darauf hindeutet, dass CfNPF6.3 für die Nitrat Rückresorbtion verantwortlich ist und dadurch Chlorid als primäres Gegenion in der Verdauungsflüssigkeit zurück bleibt. Diese Ergebnisse veranschaulichen, wie ein uralter molekularer Mechanismus für eine völlig neuartige zelluläre Funktion angepasst wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
The digestive systems of carnivorous plants. Plant Physiology, 190(1), 44-59.
Freund, Matthias; Graus, Dorothea; Fleischmann, Andreas; Gilbert, Kadeem J.; Lin, Qianshi; Renner, Tanya; Stigloher, Christian; Albert, Victor A.; Hedrich, Rainer & Fukushima, Kenji
-
Subgenome dominance shapes novel gene evolution in the decaploid pitcher plant Nepenthes gracilis. Nature Plants, 9(12), 2000-2015.
Saul, Franziska; Scharmann, Mathias; Wakatake, Takanori; Rajaraman, Sitaram; Marques, André; Freund, Matthias; Bringmann, Gerhard; Channon, Louisa; Becker, Dirk; Carroll, Emily; Low, Yee Wen; Lindqvist, Charlotte; Gilbert, Kadeem J.; Renner, Tanya; Masuda, Sachiko; Richter, Michaela; Vogg, Gerd; Shirasu, Ken; Michael, Todd P. ... & Fukushima, Kenji
