Lipid-Transfer-Proteine aus Arabidopsis thaliana - physiologische und molekulare Funktionsanalyse
Die durch den obligat biotrophen Protisten Plasmodiophora brassicae hervorgerufene Pflanzenkrankheit Kohlhernie verursacht weltweit hohe ökonomische Verluste. Bis heute gibt es keine effektiven Möglichkeiten, diese Pflanzenkrankheit zu bekämpfen. Eine Analyse der Genexpression in infizierten Wurzeln...
| Main Author: | |
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| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | deu |
| Published: |
Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden
2013
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| Online Access: | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-104357 http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-104357 http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/10435/Dissertation-Sabine-Juelke-Druckversion.pdf |
| Summary: | Die durch den obligat biotrophen Protisten Plasmodiophora brassicae hervorgerufene Pflanzenkrankheit Kohlhernie verursacht weltweit hohe ökonomische Verluste. Bis heute gibt es keine effektiven Möglichkeiten, diese Pflanzenkrankheit zu bekämpfen. Eine Analyse der Genexpression in infizierten Wurzeln im Vergleich zu nicht infizierten Wurzeln ergab, dass die Gene für Lipid-Transfer-Proteine während der gesamten Krankheitsentwicklung differentiell reguliert sind. Über die Funktionen von Lipid-Transfer-Proteinen in Pflanzen wird noch spekuliert. Diskutiert wird dabei eine Funktion bei der Anpassung an verschiedene abiotische Stressfaktoren, bei der Pathogenabwehr sowie bei dem Transfer von Lipiden.
In dieser Arbeit wurden transgene Pflanzen generiert, in denen die pathogenbedingte LTP-Genregulation umgekehrt ist. Es wurden transgene A. thaliana Pflanzen erzeugt, die die Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT1G12090 sowie AT2G18370 überexprimieren und die Genexpression von AT4G33550 sowie AT1G62510 reprimieren. Die Regulation der LTP-Genexpression erfolgte dabei durch den wurzel- und keimlingsspezifischen Promotor Pyk10. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit auch T-DNA-Insertionsmutanten für die Gene AT1G12090, AT2G18370, AT3G22620, AT5G05960, LTP3 sowie LTP4 untersucht. Mittels semiquantitativer Expressionsanalyse konnte die Modulation der LTP-Genexpression in den LTP-Mutanten bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Modulation der Expression eines LTP-Gens auch die Expression anderer LTP-Gene beeinflusst.
Die phytopathologischen Analysen der LTP-Mutanten hinsichtlich der Entwicklung der Pflanzenkrankheit Kohlhernie ergab, dass die Überexpression der Gene LTP1, LTP3 sowie AT2G18370 und die Repression der Expression von AT1G62510 eine verringerte Anfälligkeit für diese Krankheit bewirkt. Die verstärkte Expression der Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT1G12090 sowie AT2G18370 resultiert außerdem in einer verringerten Symptomentwicklung infolge einer Pseudomonas syringae-Infektion. Die verringerte Expression des Gens AT4G33550 führt hingegen zu einer größeren Anfälligkeit für eine P. brassicae Infektion; die Infektion mit P. syringae wird dadurch aber nicht beeinflusst. Die physiologische Charakterisierung der LTP-Mutanten umfasste die Analyse des Pflanzenwachstums unter Salzstress bzw. osmotischem Stress sowie die Entwicklung der Seneszenz in abgetrennten Rosettenblättern. Es konnte gezeigt werden, dass die Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT4G33550 sowie AT1G62510 bei der Anpassung an Salzstress sowie die Gene LTP3, AT3G22620, AT4G33550 und AT1G62510 bei der Anpassung an osmotischen Stress eine Rolle spielen. Durch die Modulation der Expression der genannten Gene wird das Wachstum unter diesen Stressbedingungen sowohl positiv als auch negativ beeinflusst. Die Entwicklung der Seneszenz wird ebenfalls durch eine veränderte LTP-Genexpression (LTP1, LTP3, LTP4, AT3G22620 sowie AT4G33550) beeinflusst.
Für die biochemische Charakterisierung wurden die LTP-Gene aus A. thaliana mit einem Fusionspartner in E. coli exprimiert und die resultierenden Fusionsproteine gereinigt. Diese wurden nach Abspalten des Fusionspartners hinsichtlich ihrer antimikrobiellen Aktivität und auf die Fähigkeit, Calmodulin zu binden, untersucht. Für die gereinigten Lipid-Transfer-Proteine LTP1, LTP3, LTP4, AT2G18370 sowie AT1G62510 konnte unter den bisher getesteten Versuchsbedingungen keine antimikrobielle Aktivität nachgewiesen werden. Für die Proteine LTP1, LTP3 und LTP4 konnte eine calciumunabhängige Calmodulin-Bindung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Versuche ermöglichen keine Aussage bezüglich der genauen Funktion der einzelnen Lipid-Transfer-Proteine, geben aber Hinweise darauf, dass diese bei den entsprechenden Stress-Vorgängen eine Rolle spielen. Welche Funktion sie dabei genau erfüllen, muss in weiterführenden Analysen untersucht werden. |
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