Untersuchungen zur Anpassung an Hypoxie in Oryza sativa (L.) und Arabidopsis thaliana (L.)

Hinz, Manuela Christina

Überflutung ist ein abiotischer Stressfaktor, der das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen beeinflusst. Bislang ist nicht geklärt, wie Sauerstoffmangel von Pflanzen wahrgenommen wird und welche Signalkomponenten Anpassungen an hypoxische Bedingungen vermitteln. In dieser Arbeit wurden Proteom- und Genexpressionsanalysen durchgeführt, um Komponenten zu identifizieren, die als Antwort auf Hypoxie reguliert werden. Als Modellorganismen fungierten Reis und Arabidopsis, die sich in Bezug auf ihre Hypoxietoleranz unterscheiden. Reis ist eine semi-aquatische Pflanze, die durch metabolische und morphologische Anpassungen anhaltende Überflutungsperioden überleben kann. In Arabidopsis sind morphologische Anpassungsstrategien weniger gut ausgeprägt. Eine Umstellung des Metabolismus von Atmung auf Gärung findet, wie in Reis, auch in Arabidopsis statt, jedoch kann Arabidopsis Sauerstoffmangel nur kurzzeitig tolerieren. In Reis wurden Proteomanalysen über zweidimensionale Gelelektrophorese und über zweidimensionale HPLC mit anschließender SDS-PAGE durchgeführt, um Proteine zu identifizieren, die als Antwort auf Überflutung reguliert sind. Beim Vergleich von löslichen Gesamtproteinen aus nicht gefluteten und gefluteten Pflanzen, waren Änderungen im Proteinmuster nur mit der Methode der 2D-HPLC nachweisbar. Im Kernproteom konnten dagegen über 2D-Gelelekrophorese veränderte Proteinmuster nachgewiesen werden. Die regulierten Proteine wurden über MALDI-TOF/TOF Massenspektrometrie identifiziert und in verschiedene funktionelle Gruppen putativ klassifiziert. Den größten Anteil hatten Proteine der Proteinbiosynthese und der Stressantwort. Während im löslichen Gesamtextrakt keine Transkriptionsfaktoren gefunden wurden, konnte im Kernproteom ein putativer Transkriptionsfaktor, ein Zinkfingerprotein, identifiziert werden, der bei Überflutung induziert wird. In Arabidopsis wurde der AP2/ERF-Transkriptionsfaktor AtRAP2.2 (At3g14230) untersucht, der zur Subgruppe VII der ERF-Subfamilie gehört. Northern Blot Analysen ergaben, dass AtRAP2.2 im Spross durch Ethylen reguliert wird. Hypoxie verstärkte die ethylenabhängige Induktion von AtRAP2.2 im Spross. In der ctr1 Mutante, die eine konstitutive Ethylenantwort zeigt, war AtRAP2.2 erhöht. In der ethyleninsensitiven (ein2) Mutante war AtRAP2.2 reprimiert. Arabidopsis besitzt ein Alkoholdehydrogenase-Gen, AtADH1. Unter hypoxischen Bedingungen erhöhte sich im Spross die Transkriptmenge von AtADH1 parallel zur Transkriptmenge von AtRAP2.2. Die Induktion von AtADH1 bei Hypoxie wurde durch Ethylen verstärkt. Verstärkte AtADH1 Expression wurde auch in der ctr1 Mutante beobachtet. Überexpression von AtRAP2.2 führte zu Überexpression von AtADH1 und zu erhöhter ADH Enzymaktivität bei Hypoxie. Repression von AtRAP2.2 reprimierte die Expression von AtADH1 unter hypoxischen Bedingungen. Zusammengefasst lässt sich schließen, dass Ethylen über AtRAP2.2 das Schlüsselenzym der alkoholischen Gärung, ADH, steuert und damit zur metabolischen Anpassung an Hypoxie beiträgt.

Preview

Cite

Citation style:

Hinz, Manuela: Untersuchungen zur Anpassung an Hypoxie in Oryza sativa (L.) und Arabidopsis thaliana (L.). 2008.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export