Studien zur Interaktion des pflanzlichen Parasiten Cuscuta reflexa mit dem inkompatiblen Wirt Lycopersicon esculentum

• Main Author: Albert, Markus
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2005
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/629/1/Albert.pdf; Albert, Markus <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Albert=3AMarkus=3A=3A.html> : Studien zur Interaktion des pflanzlichen Parasiten Cuscuta reflexa mit dem inkompatiblen Wirt Lycopersicon esculentum. [Online-Edition] Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2005)

Der pflanzliche Holoparasit Cuscuta reflexa wächst ohne Wurzeln und Blätter windenartig an den Sprossen von anderen Pflanzen. Mit Hilfe von Haustorien dringt Cuscuta in das Gewebe der Wirtspflanzen ein und entzieht ihnen Nährstoffe, Assimilate und Wasser. Tomate stellt eine der wenigen Pflanzen dar, die für eine Cuscuta-Infektion resistent ist. Durch die Bildung eines sekundären Abschlussgewebes im direkten Infektionsbereich schützt sie sich vor einem Eindringen der parasitischen Haustorien. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das sekundäre Abschlussgewebe der Tomate aus Wundsuberin besteht. Ältere Tomatenpflanzen waren meist nicht mehr in der Lage ein solches Schutzgewebe zu produzieren und sind folgedessen für eine Cuscuta-Infektion kompatibel. Aufgrund eines möglichen Zusammenhanges einer Abwehrreaktion gegen Cuscuta und einer allgemeinen Wundreaktion der Tomate, wurden Signale wie Jasmonsäure (JA), Salizylsäure (SA) und Kalzium, die während einer Wundreaktion auftreten, näher untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass der JA-Gehalt in infizierten Tomatenpflanzen um das fünf- bis sechsfache zunimmt. Versuche mit Pflanzen, die einen konstitutiv stark verminderten SA- bzw. JA-Gehalt aufweisen, offenbaren jedoch dasselbe Abwehrverhalten gegenüber Cuscuta wie infizierte Kontrollpflanzen. Die Analyse von Aequorin-exprimierenden Tomaten- und Tabakpflanzen ergab, dass Ca2+-Signale ca. 12 – 16 Stunden nach Ansetzen von Cuscuta in einem Zeitraum von mehreren Stunden in Wirtspflanzen erschienen. An Hand eines Tests mit Blattscheiben von Aequorin-exprimierenden Tomatenpflanzen konnte belegt werden, dass nur Protein-Extrakte aus Cuscuta-Haustorien Ca2+-Signale auslösen. Ein neu identifiziertes Arabinogalactan Protein (attAGP) der Tomate wurde molekularbiologisch charakterisiert und seine Funktion während der Abwehr gegenüber Cuscuta ermittelt. Zur Untersuchung der subzellulären Lokalisation wurden Zellen einer Zwiebelschuppen-Epidermis transient mit einem attAGP-mGFP4-cDNA-Konstrukt transformiert. Mit Hilfe eines „Confokalen Laser Scanning Mikroskops“ konnte das attAGP-mGFP4 Fusionsprotein ausschließlich in der Plasmamembran lokalisiert werden. Nach dem Klonieren und der Fusion des attAGP-Promotors mit einem Reportergen konnte gezeigt werden, dass das attAGP-Gen ca. 24 Stunden nach Ansetzen von Cuscuta direkt an der Infektionsstelle aktiv ist, was mit Ergebnissen einer Northernblot-Analyse übereinstimmt. Zur Funktionsanalyse von attAGP wurde dessen mRNA-Gehalt in Tomatenpflanzen transient mittels „Virus Induziertem Gen Silencing“ (VIGS) vermindert. Nach dem Messen der parasitären Anheftungskraft war ein direkter Zusammenhang zwischen attAGP-mRNA-Gehalt und dem Anheftungsverhalten von Cuscuta an der Tomate offensichtlich. Je mehr attAGP-mRNA an der Cuscuta-Ansatzstelle vorhanden ist, desto größer ist die Anheftungskraft von Cuscuta. attAGP stellt ein Anheftungsprotein dar. Von Cuscuta reflexa wurde eine cDNA-Bibliothek angelegt, und diese differentiell nach Sequenzen durchmustert, deren Gene während der Entwicklung von Haustorien induziert sind. Neben mehreren noch unbekannten Sequenzen wurden cDNAs identifiziert, deren Proteine an Vorgängen wie genetische Mobilität, Signaltransduktion oder der Lyse von Zellwänden und Proteinen beteiligt sind.