Untersuchungen zu Monolignolbiosynthese-Mutanten und den CCR Genen in Arabidopsis thaliana

  • Examinations of monolignolbiosynthesis mutants and CCR genes in Arabidopsis thaliana

Masur, Clarissa; Schlaich, Nikolaus Ludwig (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2010)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Kurzfassung

Pflanzen mit reduziertem oder verändertem Ligningehalt sind ein Ziel für industrielle Zwecke, da sie den Energieaufwand in der Papierherstellung reduzieren und Biomasse produzierten könnten, die bessere fermentierbare Eigenschaften besäße. Lignin ist ein wasserunlösliches Polymer aus komplex kondensierten Phenylpropanoid-Untereinheiten. Das Enzym Cinnamyl-CoA-Reduktase (CCR) katalysiert die Synthese von Cinnamaldehyden aus den korrespondierenden CoA Estern der Zimtsäuren, bevor die Aldehyde durch Cinnamylalkohol Dehydrogenasen weiter reduziert werden zu Monolignolen. Die Monolignoluntereinheiten werden unter der Kontrolle von Peroxidasen und Hilfsproteinen (Dirigent-Proteinen) stereoselektiv oxidativ miteinander verbunden und bilden dabei ein zufälliges Polymer aus. Lignin kommt in der sekundären Pflanzenzellwand vor und ist eine essentielle Komponente von Leit- und Stützgeweben (z. B. Holz). Lignin ist sehr widerstandsfähig gegen enzymatischen Abbau und aufgrund seiner undurchdringlichen Eigenschaften ist die Einlagerung von Lignin in primäre Zellwände Bestandteil der Abwehr gegen Infektionen. Ziel dieser Arbeit war die Rolle von Lignin in der Abwehr von Pathogenen in der Modellpflanze Arabidopsis im Rahmen einer binationalen Zusammenarbeit zu untersuchen. Zehn Arabidopsis thaliana Ligninbiosynthesemutanten, die veränderten Ligningehalt oder -zusammensetzung aufwiesen, wurden für die Tests von einem Kooperationspartner zur Verfügung gestellt. Die Interaktionsphänotypen von Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (virulent und avirulent Stämme), dem nekrotrophen Pilz Alternaria brassicicola und dem obligat-biotrophen Nichtwirt-Pathogen Blumeria graminis f. sp. hordei mit den Mutanten wurde untersucht und mit Wildtyp-Pflanzen verglichen. Die Kontrolle und der Ort der Expression der CCR1 und CCR2 Gene wurde mit Reporterlinien untersucht, die von einem Partner zur Verfügung gestellt wurden. Generell korrelierte ein erhöhtes Pathogenwachstum mit verändertem oder reduziertem Ligningehalt. Es wurde mit den uidA Reporter Linien eine erhöhte Expression von CCR1 und CCR2 in Blättern nach Infektion gefunden, was durch semi-quantitative PCR und Northern blot Analyse bestätigt werden konnte. Zusätzlich konnte eine Gewebs- und Entwicklungsspezifische Expression von CCR1 und CCR2 in Blüten gezeigt werden. Die Ergebnisse, die hier vorgestellt werden und die gesamten Ergebnisse aus der Zusammenarbeit zeigen, dass der Verlust von Monolignolbiosynthesegenen tatsächlich den Gehalt und die Zusammensetzung von Lignin veränderten. Allerdings geht dies mit einem Risiko für erhöhte Anfälligkeit gegenüber verschiedenen Pathogenen einher.

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