Einfluss von Hypoxie auf das Transkriptom und das mitochondriale Proteom von Arabidopsis thaliana

Willeke, Claudia

Hypoxie beeinflusst Wachstum und Entwicklung von Pflanzen. Da Sauerstoff als finaler Elektronenakzeptor der Atmungskette dient, sind Mitochondrien möglicherweise an der Wahrnehmung von Hypoxie und der Weiterleitung des Signals durch retrograde Regulierung beteiligt. In dieser Arbeit wurden daher die Auswirkungen von Hypoxie auf das Transkriptom und das mitochondriale Proteom von Arabidopsis thaliana untersucht. Zu diesem Zweck wurden Inkubationssysteme für Zellkulturen, Keimlinge und Pflanzen etabliert. Mittels bioinformatischen Methoden, quantitativer Real Time PCR, GFP-Fusionsanalysen und einer Untersuchung des mitochondrialen Proteoms wurden 16 hypoxiebeeinflusste nukleär kodierte möglicherweise mitochondrial lokalisierte oder assoziierte Proteine identifiziert. Bei diesen handelt es sich um drei kleine Hitzeschockproteine (ATHSP26.3-mito, ATHSP23.6-mito, ATHSP22-mito), das calmodulinartige Protein CML38, eine putative Helikase (PHL), den Zinkfinger-Transkriptionsfaktor ATIDD14, die Isoform 1a der Alternativen Oxidase (AOX1a), die Tubulin-alpha-2-alpha-4-Kette (TUA2-4), die Proteindisulfidisomerase PDIL2-1, das stomatinartige Protein ATSLP-mito, die Glutathion-S-Transferase 6 (ATGSTF6), eine Triosephosphatisomerase (ATCTIMC), eine 2,3-biphosphoglyceratunabhängige Phospho-glyceratmutase (ATPGAM-i-cyto), die Oxidoreduktase ATB2, die α-Untereinheit der mitochondrialen prozessierenden Peptidase (MPPα) sowie ein Bindungspartner (BPA1) des am Sphingolipidtransport beteiligten Proteins ACD11. Eine Charakterisierung der beiden hypoxiebeeinflussten kalziumabhängigen Proteinkinasen CPK22 und CPK23 lässt auf eine mögliche Beteiligung an der mitochondrialen retrograden Signaltransduktion schließen. Hypoxie führt zu Oxidative Bursts, einer verlangsamten Bewegung und Vereinzelung der Mitochondrien sowie zu einer Auflösung ihrer Struktur. Bei Wildtyp-Pflanzen und T-DNA-Insertionsmutanten der Linien cpk22, cpk23, athsp26.3-mito, athsp22-mito und atslp-mito wurden Wachstum, Entwicklung und Reproduktion beeinträchtigt. Pflanzen der Linien cpk23 und atslp-mito zeigten eine verminderte Anzahl gekeimter Samen. Pflanzen der Linie cpk23 besaßen eine von Überflutung und Dunkelheit unabhängige erhöhte Anzahl an geöffneten Stomata. Pflanzen der Linien athp26.3-mito, athsp22-mito, cpk22 und cpk23 entwickelten und reproduzierten sich schneller, Pflanzen der Linie atslp-mito langsamer als Wildtyp-Pflanzen. Bei Pflanzen der Linien cpk22, cpk23 und atslp-mito traten deformierte Blüten auf. Alle T-DNA-Insertionsmutanten zeigten eine reduzierte Pollenvitalität und Samenanzahl sowie unbefruchtete Samenanlagen und deformierte Samen. Somit beeinflussen die entsprechenden Proteine Wachstum, Entwicklung und Reproduktion. Zur Charakterisierung der genauen Funktion im Zusammenhang mit Hypoxie sind jedoch weitere Untersuchungen nötig.

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Willeke, Claudia: Einfluss von Hypoxie auf das Transkriptom und das mitochondriale Proteom von Arabidopsis thaliana. 2011.

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