Plantencelwand- en cytoskeletbetrokkenheid bij de elongatie van tabak BY-2 cellen en Arabidopsis wortels

Datum: 17 oktober 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Middelheim - Lokaal A.143 - Middelheimlaan 1 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 10 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Biologie

Promovendus: Michal Lewandowski

Promotor: Kris Vissenberg & Jean-Pierre Verbelen

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Michal Lewandowski - Departement Biologie



Abstract

Vanaf het begin van groei en doorheen hun pad naar differentiatie ondergaan de meeste plantencellen een enorme toename in volume, het expansie-proces genaamd. De experimentele modellen die door ons gebruikt werden om expansie tot cilindervormige cellen te bestuderen zijn: de Nicotiana tabacum cv. BY-2 plantencel-lijn en de wortel en het hypocotyl van Arabidopsis thaliana.

Verwijdering van het exogene plantenhormoon 2,4-dichloorfenoxyazijnzuur (2,4-D) van het BY2-groeimedium inhibeert celdeling en induceert het elongatieproces van elke individuele cel. De specifieke celwand-samenstelling van BY-2 cellen in deling en in expansie werden onderzocht met Fourier Transform-Infrared (FT-IR) spectroscopie, chemische celwandanalyse en enzymatische methoden. Deze analysis maken duidelijk dat de BY-2 celwanden weinig pectine bevatten (zeker veel lager dan de typische celwand van dicotylen) en tot 72,5% van de wand cellulose (TFA-onoplosbare fractie) is. FT-IR wees op een verlaagde pectine methyl-esterificatie, hetgeen bevestigd werd door een verhoogde pectin methylesterase (PME) activiteit in elongerende cellen. Opzuivering van celwanden en analyse via een 'Comprehensive Microarray Polymer Profiling (CoMPP)' en een ELISA–gebaseerde methode gekoppeld aan immunolokalisaties wezen eveneens op subtiele veschillen in de pectine methylesterificatie-graad tussen beide populaties BY2-cellen, hetgeen kan duiden op wijzigingen in de biomechanische celwandeigenschappen die de elogatie ondersteunen.

Voor het identificeren van eiwitten betrokken bij expansie werd gezocht naar differentieel tot expressie gebrachte eiwitten. 2-DIGE (twee-dimensionale gel-elektroforese) experimenten identificeerden 72 eiwit-spots waarvan de abundantie minstens met een factor 2 varieerde tussen elongerende en delende cellen. 24 ervan werden via MALDI-TOF in MS/MS mode geïdentificeerd, maar hun functie in het elongatieproces blijft spijtg genoeg onopgehelderd.

In het tweede deel van het proefschrift werd de modelplant Arabidopsis thaliana bestudeerd. Het patroon van het corticale actinenetwerk werd in epidermale cellen van de wortel bepaald met behulp van confocale microscopie, GFP-FABD2-GFP merker-planten en eerder ontwikkelde digitale beeldanalyse-software. Het F-actine heeft in hoofdzaak een willekeurig patroon tijdens de vroege stadia van celontwikkeling. Wanneer de celexpansie start, nemen de filamenten bij voorkeur een longitudinale oriëntatie aan, een patroon dat bewaard wordt tijdens de verdere groei.

Het is bekend dat behandeling met ethyleenprecursoren de elongatie in wortelcellen remt. In eerder werk identificeerden we een chitinase klasse IV gen waarvan de expressie was opgedreven door een 3u behandeling met ACC, een ethyleen precursor. Knock-out en constitutieve overexpressie ljnen toonden echter geen afwijkende wortelgroei, terwijl het gen tot expressie kwam in deze cellen die mechanisch uitgerokken werden aangezien ze een ontluikende zijwortel omlijnden.

De detectie en identificatie van verschillen in celwandcomponenten van planten die slagen of falen om rechtop te groeien werd gekoppeld aan biomechanische eigenschappen. Dit werd onderzocht in een zwaartekracht-resistentietest van het geëtioleerde Arabidopsis hypocotyl. Via FTIR - ATR (verzwakte totale reflectie) spectroscopie werden celwand eigenschappen van beide hypocotyl populaties vergeleken. AVG (2-aminoethoxyvinylglycine), een ethyleen synthese remmer, werd onderzocht als een geschikt instrument voor het veroorzaken van het falen van rechtop groeien van hypocotylen. Er werden echter geen verschillen in de celwandcomponenten van rechtopgroeiende of neervallende hypocotylen gedetecteerd.