Das Gef??system der Pflanzenbl?tter spielt eine Schlüsselrolle beim Transport von gel?sten Stoffen von ihrem Entstehungsort – z.B. aus den Photosynthese-treibenden Blattzellen – zu ihren Speicher- oder Nutzungsorten. Zucker und Aminos?uren werden über die Leitbahnen von den Bl?ttern zu den Wurzeln und Samen transportiert.
Als Phloem bezeichnet man den Teil des Leitbündels bei Gef??pflanzen, der aus den Siebelementen – in denen der eigentliche Transport stattfindet – und ihren Geleitzellen, als auch den begleitenden Parenchym-Zellen besteht. In den Blattvenen gibt es mindestens sieben verschiedene Zelltypen mit spezifischen Rollen bei Transport, Stoffwechsel und Signalübertragung.
?ber die Gef??zellen in Bl?ttern, insbesondere die funktionellen Zellen darin (das Phloemparenchym, kurz PP), ist bisher wenig bekannt. Zwei Teams von Alexander von Humboldt-Professuren in Düsseldorf und Tübingen, einer Kollegin aus Champaign Urbana in Illinois/USA und einem Bioinformatik-Lehrstuhl aus Düsseldorf legen die erste umfassende Analyse der Gef??zellen in den Bl?ttern der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durch Einzelzellsequenzierung vor.
Das Team der Alexander von Humboldt-Professorin Dr. Marja Timmermans von der Universit?t Tübingen hatte vor kurzem als erste Einzelsequenzierung in Pflanzen eingesetzt, um die Zellen der Wurzel zu charakterisieren. Hier haben Forscherinnen und Forscher aus dem Team des Alexander von Humboldt-Professors Dr. Wolf Frommer in Düsseldorf mit ihrer Hilfe erstmals die Zellen aus Bl?ttern isoliert, um daraus einen Atlas aller steuernden RNA-Moleküle (das Transkriptom) des Blattgef??systems zu erstellen. Indem sie die Stoffwechselwege analysierten, konnten sie die Rolle der verschiedenen Zellen definieren.
Unter anderem wies das Forschungsteam erstmals nach, dass in den Parenchymzellen Transportproteine für Zucker (SWEET) und Aminos?uren (UmamiT) gebildet werden, die diese Stoffe von ihren Produktionsorten ins Leitungssystem abführen. Anschliessend werden diese über einen zweiten Transportersatz (SUT bzw. AAP) aktiv in den Siebelement-Geleitzellenkomplex importiert und dann aus dem Blatt exportiert.
Bei diesen umfassenden Untersuchungen spielten Biologen Hand in Hand mit HHU-Bioinformatikern um Prof. Dr. Martin Lercher und konnten feststellen, dass Phloemparenchym und Geleitzellen komplement?re Stoffwechselwege besitzen und daher in der Lage sind, die Zusammensetzung des Phloemsafts zu kontrollieren.
Erstautorin und Arbeitsgruppenleiterin Dr. Ji-Yun Kim von der HHU hebt hervor: „Unsere Analyse liefert v?llig neue Einsichten in das Blattgef??system und die Rolle und Beziehung der einzelnen Blattzelltypen.“ Institutsleiter Prof. Frommer erg?nzt: „Die Kooperation der vier Arbeitsgruppen erm?glichte es, neue Methoden einzusetzen, um erstmals Einsichten in die wichtigen Zellen in den Leitbahnen von Pflanzen zu gewinnen und damit eine Basis für ein besseres Verst?ndnis des Stofftransports in Pflanzen zu gewinnen.“
Originalpublikation
Ji-Yun Kim, Efthymia Symeonidi, Tin Yau Pang, Tom Denyer, Diana Weidauer, Margaret Bezrutczyk, Manuel Miras, Nora Z?llner, Thomas Hartwig, Michael M. Wudick, Martin Lercher, Li-Qing Chen, Marja C.P Timmermans & Wolf B. Frommer, Distinct identities of leaf phloem cells revealed by single cell transcriptomics, The Plant Cell, 2021
