Rätselhafte Apiogalakturonane: Untersuchungen von Struktur, taxonomischen Verbreitung, Lokalisierung und Anpassung an Umweltbedingungen helfen diese ungewöhnlichen Pektinbestandteile zu enträtseln.

• Antragsteller: Dr. Lukas Pfeifer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527586818

Polysaccharide sind ein Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand. Einige von ihnen, nämlich die Pektine, sind geladen und besitzen eine sehr komplexe Struktur. Innerhalb der Pektine gibt es eine Untergruppe, die Apiogalakturonane (AGAs), welche aus den Viridiplantae nur in einzelnen Taxa beschrieben wurden. Bis heute ist das Vorhandensein von AGAs nur in Lemnoideae und Seegräsern gezeigt worden. Beide Gruppen sind weder monophyletisch, noch näher verwandt. Gemein ist ihnen die Zugehörigkeit zur Ordnung der Alismatales. Diese Tatsache weist auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung der Strukturen hin und unterstreicht die Notwendigkeit einer systematischen Untersuchung dieser Ordnung. Dies soll helfen die Einflussfaktoren abzuleiten, die das Auftreten der AGAs forciert haben. Zunächst werden repräsentative Vertreter dieser Ordnung auf das Vorhandensein von AGAs und deren Struktur hin untersucht, indem diese aus der gesamten Pektinfraktion isoliert werden. Sie werden mithilfe der Größenausschlusschromatographie und spezifischen enzymatischen Verdauschritten (z.B. unter Verwendung einer kürzlich beschriebenen Lyase von RG-I) aufgereinigt, sodass das AGA genannte Apiose-reiche Homogalakturonan erhalten wird. Da die wenigen vorhandenen Strukturdaten für AGA sich zum Teil widersprechen, wird eine detaillierte Strukturaufklärung mithilfe der klassischen Polysaccharid-Analytik durchgeführt. Es werden Pflanzenarten aus verschiedenen Lebensräumen eingeschlossen, um verschiedene Einflussfaktoren zu untersuchen. Wasserlinsen sind bekannt dafür einen hohen Anteil an Borat anzureichern, welches gewöhnlich in Pflanzen durch Apiose im RG-II komplexiert wird. Um den Einfluss des Boratgehaltes (mithilfe von ICP-MS bestimmt) auf den AGA Gehalt zu ermitteln, werden Lemna in-vitro Kulturen und Zostera Kalluskulturen mit verschiedenen Boratkonzentrationen kultiviert und analysiert. Es wird die Hypothese untersucht, ob AGAs Borate speichern können und außerdem der Einfluss des Salzgehaltes auf den AGA Gehalt überprüft. Monoklonale Antikörper sind wichtige Werkzeuge für die Forschung an der pflanzlichen Zellwand. Mit ihrer Hilfe können das Vorhandensein und die Lokalisierung von gewissen Polysaccharid-Epitopen innerhalb der Pflanze untersucht werden. Das aufgereinigte AGA aus Zostera wird als Antigen zur Immunisierung von Mäusen verwendet, um monoklonale Antikörper gegen die Seitenketten herzustellen. Ein solcher Antikörper wird die Untersuchungen hinsichtlich der Lokalisierung von AGA mithilfe der Immunofluoreszenz- und der Transmissionselektronen-Mikroskopie unterstützen und die bisher vorhandenen Antikörper gegen Pektin-Epitope ergänzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das vorgeschlagene Projekt das bisherige Wissen über diese ungewöhnlichen Pektine in verschiedene Richtungen hin erweitert. Diese Forschung wird erste Anstöße dafür liefern das molekulare Zusammenspiel der stimulierenden Faktoren, die zum Auftreten von AGA führen, besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen