Charakterisierung der Aerenchymbildung in Internodien von Reis (Oryza sativa L.)

Geske, Thomas

Reis (Oryza sativa L.) als semi-aquatische Spezies kann Überflutung und hypoxische Bedingungen durch morphologische Anpassungen wie Aerenchymbildung im Internodium tolerieren. Überflutung fördert durch Akkumulation von Ethylen Aerenchymbildung im Internodium und eine erhöhte Porosität des jüngsten Knotens. Als weitere Signale im aerenchymalen Zelltod wurden reaktive Sauerstoffspezies wie Wasserstoffperoxid (H2O2) und Superoxidanion-Radikal (O2•-) identifiziert, wobei beide Spezies antagonistische Wirkungen zeigen. H2O2 ist in der Signaltransduktion Ethylen nachgeschaltet und induziert die Aerenchymbildung. O2•- hat einen inhibitorischen Effekt auf den Ethylen-induzierten Zelltodprozess. Präaerenchymzellen im Reisinternodium besitzen im Vergleich zu den umliegenden Parenchymzellen keine Chloroplasten, weniger Stärke, eine große Zentralvakuole und dünnere Zellwände. In deren Zelldifferenzierung können heterotrimere G-Proteine eine Rolle spielen, da ein Defekt in der G(alpha)-Untereinheit zu einem Fehlen von charakteristischen Interzellularen im Präaerenchym führt. Während des Zelltods der Präaerenchymzellen degradiert die nukleosomale DNA. Die Mitochondrien der sterbenden Zellen weisen mit vergrößerten Cristae und kondensierter Matrix eine degenerierte Ultrastruktur auf. Eine vermehrte Aggregation der Mitochondrien deutet auf einen bevorstehenden Abbau der Organellen hin.

The semi-aquatic species rice (Oryza sativa L.) tolerates submergence and hypoxic conditions through morphological adaptations like aerenchyma formation in internodes. Submergence and ethylene promote aerenchyma formation in internodes and an increased porosity of the youngest node. In addition, reactive oxygen species like hydrogen peroxide (H2O2) and superoxide anion radical (O2•-) were identified as signals of aerenchymal cell death. Both species display antagonistic effects. H2O2 acts downstream of ethylene and promotes aerenchyma formation and O2•- inhibits cell death induced by ethylene. Preaerenchyma cells in rice internodes contain no chloroplasts, less starch, a large vacuole and thinner cell walls compared to surrounding parenchymal cells. Heterotrimeric G proteins may play a role in their cell differentiation process because a defect in the G(alpha) subunit leads to a lack of characteristic intercellulars between preaerenchyma cells. Nucleosomal DNA degrades in the cell death process. Mitochondria display changes in their ultrastructure with remodelled cristae and condensed matrix. Increased aggregation of mitochondria indicates forthcoming degradation of these organells.

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Geske, Thomas: Charakterisierung der Aerenchymbildung in Internodien von Reis (Oryza sativa L.). 2014.

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