Magdalena Wiktoria Slawinska (Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg)
(A) Vergleich von Arabidopsis-ähnlicher Spaltöffnung und graminoider Spaltöffnung von B. distachyon; (i) Arabidopsis-ähnlich Spaltöffnung mit einer ellipsenförmigen Porenform und (ii) B. distachyon Spaltöffnung, mit gemessenen Merkmalen: Schliesszellenlänge (GCL), Porenlänge (PL), Porenbreite (PW), Schliesszellenbreite in der Mitte des Stomas (GCWC), Stomatabreite an den Spitzen (WA) und Porentiefe (l); (iii) Porenbereich handgezeichnet (rot), Pore definiert als Ellipse (orange) oder Rechteck (blau). (B) Morphologie von Wildtyp B. distachyon und bdpox-1 Spaltöffnungen mit länglichen Schließzellen. Orthogonale des zentralen Teils (blau), Apex (lila) und der Längsachse (gelb) von Wildtyp B. distachyon Stoma (i) und bdpox-1 Spaltöffnung mit verlängerten Schliesszellen (GCs) (ii). Maßstabsbalken, 10 µM. (C) Konfokalmikroskopiebild von Fusicoccin-behandeltem offenem Wildtyp B. distachyon (i) und bdpox-1 Spaltöffnung mit orthogonalem Schnitt des zentralen Teils.
Magdalena Slawinska erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg im Jahr 2022 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.
Titel: Auswirkungen der Morphologie der Spaltöffnungen auf den Gasaustausch
Slawinska hat die Berechnungen der anatomischen maximalen Leitfähigkeit der Spaltöffnungen (gsmax, definiert als die quantitative Rate, wie viel Wasserdampf oder CO2 durch die Spaltöffnung geht [in mol sec-1 m-2]) für die Morphologie der Spaltöffnungen in Gräsern angepasst. Sie schlägt vor, dass die Peroxidase BdPOX die Zellwand modifizieren kann, und so die Länge der Schließzellen beeinflusst und wasser-sparenden Gasaustausch ermöglicht.
Die Spaltöffnungen (Stomata) sind längliche Poren in den Epidermis von Pflanzen, die das Gleichgewicht zwischen CO2 Aufnahme und Wasserverlust regulieren. Die einzigartige graminoide Morphologie von Spaltöffnungen in Gräsern ermöglicht schnelleres Öffnen und Schliessen der Spaltöffnungen, größere Porenöffnungen und eine verbesserte Wassernutzungseffizienz im Vergleich zu anderen Spaltöffnungsformen. Hier haben wir versucht zu verstehen, wie die Länge und Form der Schließzellen in Gräser zu effizienten Stomatabewegungen und einer verbesserten Stomata-Leistung beiträgt, und wie die Peroxidase BdPOX die Morphogenese der Schließzellen beeinflusst.
Wir haben gezeigt, dass die physiologische gsmax in B. distachyon anhand der Berechnung der anatomischen gsmax zuverlässig geschätzt werden kann. Außerdem präsentieren wir ein verbessertes Schließzellen-Färbungsprotokoll, welches hochaugelöste konfokale Bilder in 3D ermöglicht. Diese Bilder sind für die biomechanische Modellierung der Spaltöffnungen in Gräser geeignet. Schließlich schlagen wir vor, dass BdPOX am Ende der Entwicklung von Spaltöffnungen in B. distachyon wirkt, indem es phenolische Verbindungen in der Zellwand modifiziert, was zu einer Einschränkung der Verlängerung der Schließzellen führt.
Die Formel zur Berechnung von gsmax in Gräsern wurde publiziert (DOI: 10.1017/qpb.2021.19). Details zur Funktion von BdPOX in der Grass Epidermis können im Preprint nachgelesen werden (DOI: 10.1101/2022.07.03.498611).
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Magdalena Slawinska fertigte die Arbeit am Centre for Organismal Studies (COS) in der Arbeitsgruppe von Dr. Michael Raissig an.