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The detection of auto-fluorescence in phytogenic, hydrated amorphous silica depositions (phytoliths) has been found to be a promising approach to verify if phytoliths were burnt or not, especially in archaeological contexts. However, it is unknown so far at what temperature and how auto-fluorescence is induced in phytoliths. We used fluorescence microscopy, scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), and Fourier transform infrared spectroscopy to analyze auto-fluorescence in modern phytoliths extracted from plant samples or in intact leaves of winter wheat. Leaves and extracted phytoliths were heated at different temperatures up to 600 degrees C. The aims of our experiments were i) to find out what temperature is needed to induce auto-fluorescence in phytoliths, ii) to detect temperature-dependent changes in the molecular structure of phytoliths related to auto-fluorescence, and iii) to derive a mechanistic understanding of auto-fluorescence in phytoliths. We found organic compounds associated with phytoliths to cause auto-fluorescence in phytoliths treated at temperatures below approx. 400 degrees C. In phytoliths treated at higher temperatures, i.e., 450 and 600 degrees C, phytolith auto-fluorescence was mainly caused by molecular changes of phytolith silica. Based on our results we propose that auto-fluorescence in phytoliths is caused by clusterization-triggered emissions, which are caused by overlapping electron clouds forming non-conventional chromophores. In phytoliths heated at temperatures above about 400 degrees C dihydroxylation and the formation of siloxanes result in oxygen clusters that serve as non-conventional chromophores in fluorescence events. Furthermore, SEM-EDX analyses revealed that extractable phytoliths were dominated by lumen phytoliths (62%) compared to cell wall phytoliths (38%). Our findings might be not only relevant in archaeological phytolith-based examinations, but also for studies on the temperature-dependent release of silicon from phytoliths and the potential of long-term carbon sequestration in phytoliths.
Das Centrosom von Dictyostelium ist acentriolär aufgebaut, misst ca. 500 nm und besteht aus einer dreischichten Core-Struktur mit umgebender Corona, an der Mikrotubuli nukleieren. In dieser Arbeit wurden das centrosomale Protein Cep192 und mögliche Interaktionspartner am Centrosom eingehend untersucht. Die einleitende Lokalisationsuntersuchung von Cep192 ergab, dass es während der gesamten Mitose an den Spindelpolen lokalisiert und im Vergleich zu den anderen Strukturproteinen der Core-Struktur am stärksten exprimiert ist. Die dauerhafte Lokalisation an den Spindelpolen während der Mitose wird für Proteine angenommen, die in den beiden identisch aufgebauten äußeren Core-Schichten lokalisieren, die das mitotische Centrosom formen. Ein Knockdown von Cep192 führte zur Ausbildung von überzähligen Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOC) sowie zu einer leicht erhöhten Ploidie. Deshalb wird eine Destabilisierung des Centrosoms durch die verminderte Cep192-Expression angenommen. An Cep192 wurden zwei kleine Tags, der SpotH6- und BioH6-Tag, etabliert, die mit kleinen fluoreszierenden Nachweiskonjugaten markiert werden konnten. Mit den so getagten Proteinen konnte die hochauflösende Expansion Microscopy für das Centrosom optimiert werden und die Core-Struktur erstmals proteinspezifisch in der Fluoreszenzmikroskopie dargestellt werden. Cep192 lokalisiert dabei in den äußeren Core-Schichten. Die kombinierte Markierung von Cep192 und den centrosomalen Proteinen CP39 und CP91 in der Expansion Microscopy erlaubte die Darstellung des dreischichtigen Aufbaus der centrosomalen Core-Struktur, wobei CP39 und CP91 zwischen Cep192 in der inneren Core-Schicht lokalisieren. Auch die Corona wurde in der Expansion Microscopy untersucht: Das Corona-Protein CDK5RAP2 lokalisiert in räumlicher Nähe zu Cep192 in der inneren Corona. Ein Vergleich der Corona-Proteine CDK5RAP2, CP148 und CP224 in der Expansion Microscopy ergab unterscheidbare Sublokalisationen der Proteine innerhalb der Corona und relativ zur Core-Struktur. In Biotinylierungsassays mit den centrosomalen Core-Proteinen CP39 und CP91 sowie des Corona-Proteins CDK5RAP2 konnte Cep192 als möglicher Interaktionspartner identifiziert werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die wichtige Funktion des Proteins Cep192 im Dictyostelium-Centrosom und ermöglichen durch die Kombination aus Biotinylierungsassays und Expansion Microscopy der untersuchten Proteine ein verbessertes Verständnis der Topologie des Centrosoms.