Paper of the Quarter

Sie befinden sich hier:

Der altersbedingte Verlust der Lebensfähigkeit von Samen ist mit einer erhöhten Lipidoxidation und Hydrolyse assoziiert.

Janine Wiebach, Manuela Nagel, Andreas Börner, Thomas Altmann, David Riewe

Age-dependent loss of seed viability is associated with increased lipid oxidation and hydrolysis

Plant, Cell & Environment. DOI: 10.1111/pce.13651.

In vielen Studien konnte die Lebensfähigkeit von künstlich gealterten Samen unter anderem mit dem erhöhten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezien (Sauerstoff- radikale), Malondialdehyd und 4-Hydroxynonenal in Verbindung gebracht werden. Es gibt jedoch kaum verwertbare Informationen darüber, ob die künstliche Alterung biochemische Reaktionen hervorruft, die in natürlich gealterten Samen nicht vorkommen würden. Zudem ist die direkte und umfassende Analyse von Metabolite insbesondere oxidierter Lipide durch geeignete verfügbare Analysemethoden bisher limitiert.

In dieser Studie wurde die Keimfähigkeit von zwei Weizen- und einer Gerstensammlung untersucht, die zwischen 5 bis 40 Jahren lang trocken gelagert waren. Die Metaboliten- Profilanalyse ergab, dass die Anhäufung von Glycerin negativ mit der Fähigkeit zur Keimung in allen Saatgutmengen korreliert war. Darüber hinaus wurden in einigen Saatgut- Sets Lipidabbauprodukte angesammelt. Eine quantitative Analyse der nicht oxidierten und oxidierten Lipide wurde mittels einem ungezielten, hochauflösenden LC-MS- Experiment im Weizensaatgut-Set durchgeführt. Insgesamt 353 nicht-oxidierte und 559 oxidierte Lipide wurden annotiert. MS/MS-Spektren, die für 828 dieser Annotationen verfügbar sind, wurden analysiert, indem experimentell bekannte Fragmentierungsregeln von Lipiden in die Fragmentierung von oxidierten Lipiden übertragen wurden. Dies führte zur Identifizierung von 259 nicht-oxidierten und 365 oxidierten Lipiden und zur Bestimmung von Acylzusammensetzungen für 221 nicht-oxidierte und 295 oxidierte Lipide.

Die Analyse ergab, dass der Gehalt an vollständig acylierten und nicht oxidierten Speicherlipiden und strukturellen Lipiden mit steigendem Alter abnahm. Darüber hinaus ist die Häufigkeit von oxidierten Varianten und hydrolysierten Produkten, die sich bei abnehmender Keimfähigkeit ansammelten, hoch. Die proportionale Bildung von oxidierten und nicht oxidierten Fettsäuren liefert den Nachweis für eine enzymatische Hydrolyse von spezifisch oxidierten Lipiden in trockenen Samen. Die Ergebnisse verbinden reaktive Sauerstoffspezies mit Lipidoxidation, Strukturschäden und Tod in langzeitgealterten Samen.

Dipl.-Ing. Biotechnol. Janine Wiebach

Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der AG Statistische Bioinformatik am Institut für Biometrie und Klinische Epidemiologie (iBikE) der Charité.

Dr. Manuela Nagel

Leiterin der Arbeitsgruppe Cryo- und Stressbiologie am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzen-forschung (IPK) Gatersleben.

PD Dr. Andreas Börner

Leiter der Arbeitsgruppe Ressourcengenetik und Reproduktion am Leibniz- Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzen- forschung (IPK) Gatersleben.

Prof. Dr. Thomas Altmann

Leiter der Abteilung Molekulare Genetik am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben.

Dr. David Riewe

Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz am Julius-Kühn-Institut (JKI), Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen.