Journal 02-01 - Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Abb. 2a: Eschscholzia californica (Kalifornischer Mohn), die Wappenpflanze Kaliforniens.
b: Eine Kalluskultur produziert rotgefärbte Benzophenanthridine an der Kontatkzone mit einem
potentiellen Pathogen (Pilz: Penicillium cyclopium).
c–e: Aktivität von Phospholipase A 2 in Ganzzellen.
Der Anstieg der Fluoreszenz (zur besseren Erkennbarkeit in magenta dargestellt) widerspiegelt
die Bildung der Reaktionsprodukte Lysophoshoplipid und Fettsäure.
c) Grundaktivität, vor Elicitorkontakt d) Aktivierung nach Elicitorkontakt (3 min)
e) Verteilung der fluoreszierenden Produkte im Cytoplasma. Konfokale Aufnahme.
tp = Tonoplast (Vakuolenmembran), pm = Plasmamembran.
f–h: Intrazelluläre Protonenfluxe nach Elicitorkontakt
pH-Karten intakter Zellen, erstellt durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie, Farbkodierung
nach Skala rechts außen.
Die Aufnahmen erfolgten an einer mit Nährlösung perfundierten Zellgruppe nach Zusatz eines
Hefe-Elicitors: f) 0 min, g) nach 15 min, h) nach 35 min. Der pH in cytoplasmatischen Bereichen
(c) fällt z. B. von 7,4 auf 6,9; in einigen Vakuolen (v) steigt der pH z. B. von 5,6 auf 5,9.
i–k: Transiente Alkalisierung der Vakuole durch ein genuines Signalmolekül
pH-Karte einer Vakuole in situ, erstellt durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie,
Farbkodierung nach Skala rechts außen.
Die Aufnahmen erfolgten an selektiv permeablen Zellen mit intakter Vakuole während der
Perfusion mit »künstlichem Cytosol«. Zusatz des PLA-Produkts Lysophosphatidylcholin verursacht
einen reversiblen Anstieg des vakuolären pH. i) 0 min; j) 2,5 min; k) 12 min.
Abbildungen (3): Werner Roos, Katrin Viehweger, Astrid Nitzsche, Wieland Schwartze
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scientia halensis 2/2001
Fachbereich Pharmazie
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Die Kenntnis der Signalmechanismen,
welche vom Elicitorkontakt an der Zelloberfläche
zur selektiven Expression
von Genen der Phytoalexin-Biosynthese
führen, ist nicht nur ein attraktives
Ziel der zellbiologischen Grundlagenforschung.
Sie eröffnet zugleich Möglichkeiten
zu einer umfassenderen, gezielten
Nutzung des Synthesepotentials der
Pflanzenzelle für die Produktion von
Therapeutika, weiteren Wirkstoffen und
für den biologischen Pflanzenschutz. In
biotechnologischen Prozessen werden
bereits Elicitor-ähnliche Signalwirkungen
zur Ausbeutesteigerung oder zur
Veränderung des Spektrums pflanzlicher
Sekundärstoffe eingesetzt.
In den letzten Jahren wurden in der Abteilung
Zellphysiologie am Institut für
Pharmazeutische Biologie (FB Pharmazie)
Teilschritte eines Signalwegs identifiziert,
der in Zellen des Kalifornischen
Mohns (Eschscholzia californica, Abb.
2a) eine Biosynthesekette des Sekundärstoffwechsels
einschaltet.
Zellkulturen dieser Pflanze reagieren auf
potentielle Pathogene mit der Überproduktion
von Alkaloiden der Benzophenanthridin-Gruppe
(Abb. 2b, 3). Die
starke antimikrobielle Wirkung dieser
Phytoalexine beruht auf ihrer Fähigkeit
zum Eindringen (Interkalation) in DNA
und zur Interaktion mit dem Cytoskelett.
Nach Zusatz eines Elicitorpräparats
(Glykoprotein-Komplex aus Hefe)
kann die Bildung der Alkaloide unabhängig
von der hypersensitiven Reaktion
ausgelöst werden, wenn störende Signale
entfernt oder reaktive Sauerstoffspezies
durch Katalase abgefangen werden
(Abb. 1a–c).
Welche Signalereignisse gehen der
Expression der Alkaloidbiosynthese
voraus?
Mehrere der im folgenden skizzierten
Teilschritte können auf der Ebene der
Einzelzelle durch Fluoreszenzmikroskopie
sichtbar gemacht werden.
1. Unmittelbar nach dem Kontakt mit
dem Elicitor erfolgt in vielen Zellen ein
Anstieg der Aktivität von Phospholipase
A 2 (Abb. 2c, d). Dieses Enzym
ist auch in der isolierten Plasmamembran
immunologisch und auf Aktivitätsebene
nachweisbar – ebenso wie ein G-
Protein, welches sehr wahrscheinlich
seine durch den Elicitor ausgelöste Akti-
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