Titelaufnahme

Titel
Algal cell walls : relevance for the success of charophytes on land / Klaus Herburger
VerfasserHerburger, Klaus
Betreuer / BetreuerinHolzinger, Andreas
ErschienenInnsbruck, 2016
UmfangGetrennte Zählung : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Kurzfassung in englischer und deutscher Sprache
Kumulative Dissertation aus fünf Artikeln
Datum der AbgabeOktober 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Charophyta / Biologische Bodenkruste / Hemicellulose / Immuncytochemie / Photosynthese / Polysaccharide / Trockenstress / Zellwand
Schlagwörter (EN)Biological soil crust / Cell wall / Charophyta / Desiccation stress / Hemicellulose / Immunocytochemistry / Photosynthesis / Polysaccharides
Projekt-/Reportnummer24242-B16, I 1951-B16
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Charophytische Grünalgen (CGA) besiedelten terrestrische Lebensräume und leiteten damit die Evolution der Embryophyten ein, die entscheidende Anpassungen ihrer Vorfahren erbten. Dazu gehört eine aus Polysacchariden aufgebaute Zellwand. Heute besiedeln früh (Klebsormidiophyceae) und spät (Zygnematophyceae) evolvierte CGA terrestrische Lebensräume auf der ganzen Welt, wobei der Beitrag ihrer Zellwände zum Überleben an Land bisher wenig Aufmerksamkeit erhielt. Die vorliegende Doktorarbeit zeigt, dass filamentöse terrestrische CGA ihre Zellwände als Reaktion auf abiotischen Stress und/oder das zelluläre Entwicklungsstadium (z.B. während der Pre-Akineten- oder Aplanosporen-Bildung) verändern. Trockenstress induzierte den Einbau von Callose (1->3--glucan) in undulierende Querzellwände von Klebsormidium, was dabei hilft, strukturelle Schäden trotz zellulärem Wasserverlust zu minimieren und eine hohe Photosyntheseleistung aufrecht zu erhalten. Zygnema verfolgt eine andere Strategie: Durch die Bildung von Pre-Akineten erhöht sich die Resistenz gegenüber Trockenstress. Pre-Akineten zeichnen sich durch eine veränderte zelluläre Ultrastruktur und Zellwand-Zusammensetzung aus. Dazu gehört ein erhöhter Pektin-Anteil, der die Wasserhaltefähigkeit der Zellen und damit die Resistenz gegenüber Wasserknappheit erhöht. Sowohl Klebsormidium als auch Zygnema modifizieren ihr komplexes Hemicellulose-Netzwerk durch Transglycosylierungen in bestimmten Zellwandbereichen. Im Gegensatz dazu weisen alte dickwandige Zellen und Pre-Akineten diese Enzymaktivitäten nicht auf, was die verringerte metabolische Aktivität von Pre-Akineten und ihre Rolle als Dauerzellen unterstreicht. Als weitere Anpassung an terrestrische Lebensräume wurde die Ausbildung von Aplanosporen in der filamentösen CGA Zygogonium ericetorum identifiziert, die häufig in sauren Böden mit erhöhtem Eisen- und Aluminium-Gehalt vorkommt. Die Bildung von Aplanosporen ermöglicht das Entfernen von potentiell schädlichem Eisen aus dem Protoplast. Durch das Keimen der Aplanosporen innerhalb der ursprünglichen Zellwand können Filamente trotz erhöhter Aluminium-Konzentrationen in der Zellwand und im Habitat wachsen.

Zusammenfassung (Englisch)

Charophyte green algae (CGA) evolved strategies to survive on land and gave rise to the evolution of Embryophytes, which inherited fundamental traits of their algal ancestors, such as a complex polysaccharide-rich cell wall. Members of early- (Klebsormidophyceae) and late-diverged (Zygnematophyceae) CGA occur worldwide in terrestrial habitats. However, knowledge on the contribution of their cell wall properties to survive terrestrial conditions such as poor water supply is very limited. The present PhD thesis shows that filamentous terrestrial CGA modulate their cell walls in response to environmental stress and/or the developmental stage (e.g. during pre-akinete and aplanospore formation). Short-term desiccation stress induces incorporation of (1->3)--glucan (callose) into undulating cross cell walls of Klebsormidium spp. During desiccation-rehydration cycles, callose deposition helps preventing structural damage of Klebsormidium cells resulting in maintenance of a higher photosynthetic performance compared to Zygnema, which lacks this protection mechanism. Zygnema follows another strategy: vegetative cells develop with age into specialised resistant cells (termed pre-akinetes), which show a higher resistance against water shortage when compared with untransformed cells. Pre-akinete formation includes a reorganization of cell ultrastructure and changes the cell wall composition, e.g. by increasing the pectin fraction, which is considered to increase the water holding capacity of filaments. During cell growth, both Klebsormidium and Zygnema modify their complex hemicellulose network by transglycosylation in specific cell wall areas. In contrast, old thick-walled cells and pre-akinetes lack transglycanase activity, underpinning the pre-akinetes decreased metabolic activity and role as resting cells. Another adaptation to the terrestrial environment was found in the filamentous GCA Zygogonium ericetorum, which is common in acidic habitats with increased Fe and Al concentrations. Formation of vegetative aplanospores facilitates removal of excessive iron from the protoplast. Moreover, aplanospore germination enables filament growth despite high aluminium concentrations in the parental cell wall and terrestrial habitat.