Biosynthese und Struktur von Sporopollenin -
biochmische und spektroskopische Untersuchungen

Der Pollen als Träger der männlichen Erbanlagen spielt im Fortpflanzungsprozess höherer Pflanzen eine zentrale Rolle. Die Pollenwand ist außerordentlich komplex gebaut. Auf die große Bedeutung einzelner Wandschichten bzw. -komponenten für den Schutz des männlichen Genoms wurde in zurückligenden Berichten wiederholt hingewiesen. Die äußere Pollenwand, die Exine, weist eine fast unüberschaubare Vielfalt an Strukturen und Skulpturen auf. Sie ist aus Sporopollenin, einem Biopolymer von extrem hoher Resistenz, aufgebaut. Die Frage nach der Biosynthese und nach dem chemischen Aufbau dieses ungewöhnliche resistenten Polymers war im Berichtszeitraum von zentraler Bedeutung.

Untersuchungen mit Hilfe der ¹³C-CP/MAS-IVMR-Technik hatten bereits bei früherer Gelegenheit gezeigt, dass neben aromatischen Verbindungen mit wechselnden Anteilen vor allem langkettige aliphatische Verbindungen am Aufbau von Sporopollenin beteiligt sind. Dies konnte biochemische, etwa durch die Befunde von Tracerexperimente, zunächst nicht überzeugend bestätigt werden. In weiterführenden Untersuchugnen wurde daher die Technik der Applikation von möglichen Vor- bzw. Zwischenstufen ganz wesentlich erweitert und verbessert. Auf diese Weise gelang schließlich der substantielle Einbau von Komponenten des Aliphatischen Stoffwechsels, u.a. von ¹⁴C-Öl- und ¹⁴C-Stearinsäure.

Die Möglichkeit einer Solubilisierung von Sporopollenin brachte einen entscheidenden Durchbruch in der Sporopolleninforschung. Erstmals wurde es möglich ¹H-kernresonanzspektroskopische Analysen an Sporopollenin durchzuführen. In dem für Aromaten wichtigen Bereich des ¹H-NMR-Spektrums erscheinen Peaks, die für Aromaten mit unterschiedlichem Substitutionsmuster charakteristisch sind. Parallel an einem Vertreter der Angiospermae (=Typha altifolia) und der Gymnospermae (=Torreya californica) durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass im Aromatenbereich der Spektren weitgehende Übereinstimmung zwischen den beiden Spezies besteht.

Am Aufbau von Sporopollenin sind die Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff beieiligt. Im Berichtszeitraum wurde weiterhin die sehr wichtige Frage nach der Herkunft des Sauerstoffs eingehend geprüft. Dabei kamen neben den klassischen spektroskopischen Verfahren wie die FTIR- und ¹³C-CP/MAS-NMR-Technik auch die XP-Spektroskpie (X-ray photoelectron spectrometrie) zum Einsatz. Die Ergebnisse haben deutlich gemacht, dass der größte Teil des Sauerstoffs von aliphatischen Hydroxylgruppen abstammt und daß weiterhin nicht nur Aromaten und langkettige unverzweigte Aliphaten, sondern auch polyhydroxylierte aliphatische Komponenten als Strukturelemente von Sporopollenin vorkommen dürften.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. R. Wiermann (Leiter), Dr. F. Ahlers, Dr. H. Bubert (Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie, Dortmung), Dr. J. Lambert (Institut für Spektrochemie und AngewandteSpektroskopie, Dortmund), Dr. H. Luftmann (Institut für Organische ChemieMünster), Dr. S. Steuernagel (Bruker Analytische Messtechnik, Rheinstetten), Dr. I. Thom

Veröffentlichungen:

A. Meuter-Gerhards, Riegert, St., Wiermann, R.: Studies on sporopollenin biosynthesis in Cucurbita maxima (DUCH.) - II. The involvement of aliphatic metabolism. J. Plant Physiol. 154, 431-436, 1999

F. Ahlers, Lamert, J. Wiermann, R.: Structural elements of sporopollenin from the pollen of Torreya californica Torr. (Gymnospermae): Using the H-NMR technique. Z. Naturforsch. 54, 492, 495, 1999

F. Ahlers, Bubert, H. Steuernagel, St., Wiermann, R.: The nature of oxygen in sporopollenin form the pollen of Typha angusifolia L. Z. Naturforsch. 55c, 129-136 (2000)