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Feb 11 2020
11:30

Mit hochauflösender 3D-Mikroskopie zeigen Wissenschaftler der Goethe-Universität die flexible Anpassung der Pflanzen an die Umgebung

Wie Wurzeln zum Wasser finden

FRANKFURT. Pflanzen suchen mit ihren Wurzeln nach Wasser. Während die Hauptwurzel in die Tiefe wächst, erkunden viele feine Seitenwurzeln den Boden in allen Richtungen. Wie Wissenschaftler aus Nottingham, Heidelberg und von der Goethe-Universität Frankfurt in der aktuellen Ausgabe von „Nature Plants“ berichten, „wissen“ die seitlichen Wurzeln schon ganz früh, wo sie Wasser finden.

Daniel von Wangenheim, ein ehemaliger Doktorand im Labor für Physikalische Biologie von Prof. Ernst Stelzer, später Postdoc bei Prof. Malcolm Bennett, legte für sein Experiment Wurzeln der Ackerschmalwand der Länge nach in eine Nährlösung. Die waren jedoch nicht ganz eingetaucht, so dass ihre Oberseite der Luft ausgesetzt war. Nun beobachtete er mit einer hochauflösenden 3D-Mikroskop-Technik, wie sich die Wurzeln verzweigten.

Zu seiner Überraschung stellte von Wangenheim fest, dass sich an der Luftseite fast ebenso viele Seitenwurzeln bildeten wie an der Kontaktseite mit der Nährlösung. Während er im Mikroskop nun weiter das Wachstum mit jeder Zellteilung verfolgte, zeigte sich: Die neuen Zellen treiben die Wurzelspitze von Anfang an in Richtung Wasser. Hatte sich also eine Seitenwurzel an der Luftseite gebildet, wuchs sie in Richtung der Platte mit der Nährlösung aus Agar.

„Pflanzen verzweigen ihre Wurzeln also erst einmal in alle Richtungen, aber schon mit den ersten Zellteilungen weiß die Wurzel offenbar, wo sie Wasser und Nährstoffe findet“, fasst Daniel von Wangenheim die Ergebnisse zusammen. „So können Pflanzen flexibel auf eine Umgebung mit schwankenden Ressourcen reagieren.“

Das Ergebnis beruht auf vielen Stunden Filmmaterial, das mithilfe der von Ernst Stelzer entwickelten Lichtscheibenmikroskopie gewonnen wurde. Daniel von Wangenheim zeigt die Wurzelverzweigung in einem anschaulichen Erklärvideo im Zeitraffer. Sein Tweet hat von seinen Fachkollegen bereits viel Zuspruch erhalten.
https://twitter.com/DvonWangenheim/status/1224365891292405760

Publikation: Daniel von Wangenheim, Jason Banda, Alexander Schmitz, Jens Boland, Anthony Bishopp, Alexis Maizel, Ernst H. K. Stelzer and Malcolm Bennett: Early developmental plasticity of lateral roots  in response to asymmetric water availability, in Nature Plants (3 Februar 2020), https://doi.org/10.1038/s41477-019-0580-z)

Ein Bild zum Download finden Sie unter: http://www.uni-frankfurt.de/85595433

Bildtext: Die Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie beruht auf zwei Prozessen: 1) der seitlichen Beleuchtung der Probe mit Laserlicht entlang einer Ebene und 2) der Detektion von Fluoreszenzlicht aus einem dünnen, um die Beleuchtungsebene zentrierten Volumen. Die Pflanze (Arabidopsis thaliana) wird dreidimensional montiert, steht aufrecht in einem pflanzlichen Gel und kann artgerecht mit Medium und Licht versorgt werden.

Bildrechte: Daniel von Wangenheim.

Informationen: Dr. Daniel von Wangenheim, Plant and Crop Sciences, School of Biosciences, University of Nottingham, UK, Email: daniel.vonwangenheim@nottingham.ac.uk

Prof. Dr. Ernst Stelzer, Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaft sowie Buchman Institut für Molekulare Lebenswissenschaften Campus Riedberg, Telefon 069 798-42547, Email ernst.stelzer@physikalischebiologie.de.