Requirement of phosphoinositol-derived signals in the wounding response of Arabidopsis thaliana

Abstract

Die pflanzliche Wundantwort ist in der Verteidigung gegen Fraßfeinde von zentraler Bedeutung und daher streng reguliert. Das Isoleucinkonjugat der Jasmonsäure (JA-Ile) ist dabei eines der wichtigsten regulatorischen Moleküle. In dieser Dissertation wurden Phosphoinositide (PI), die vorher nicht als Wundsignale bekannt waren, untersucht und als neue aktive Komponenten des Signalnetzwerkes der pflanzlichen Verteidigungsantwort beschrieben. Transgene InsP 5-ptase-Pflanzen mit gestörter PI-Signalleitung zeigten abgeschwächte wundinduzierte Genexpression und verminderte Abwehr gegen Raupenfraß. Diese Ergebnisse zeigen, dass wundinduzierte Akkumulation von PI-Signalen für eine vollständige Wund- und Abwehrreaktion benötigt wird. Neben der abgeschwächten Abwehr zeigten InsP 5-ptase-Pflanzen eine JA-Ile-Akkumulazion in ähnlichen Mustern wie JA-insensitive coi1-Mutanten. Diese Daten deuten darauf hin, dass InsP 5-ptase-Pflanzen wenigstens teilweise insensitiv gegenüber JA-Ile sind. Um das Zusammenspiel von PI-Signalen und JA-Ile-Wahrnehmung zu erklären, wurde der Arabidopsis JA-Ile-Rezeptor COI1 mit dem Auxin-Rezeptor TIR1, der ein Inositol-Hexakisphosphat (InsP6) als Kofaktor enthält, verglichen. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit zwischen COI1 und TIR1 wurde die Hypothese getestet, dass ein Inositolpolyphosphat-Kofaktor für die COI1-Funktion benötigt wird. COI1-Varianten, in denen putative Inositolpolyphosphat-koordinierende Aminosäuren gegen Alanine ausgetauscht wurden, zeigten in Yeast-two-hybrid-Interaktionstests eine abgeschwächte Interaktion mit dem COI1-Zielprotein, JAZ9. Übereinstimmend damit zeigten die gleichen COI1-Varianten eine verminderte Fähigkeit, Jasmonat-vermittelte Prozesse, wie Inhibierung von Wurzelwachstum oder Schotenentwicklung, in Arabidopsis coi1-Mutanten wiederherzustellen. Weitere Yeast-two-hybrid-Interaktionstest mit Wildtyp-COI1 in einem ipk1Δ-Hefestamm mit erhöhten Inositolpentakisphosphat (InsP5)- und erniedrigten InsP6-Niveaus zeigten eine verstärkte COI1/JAZ9-Interaktion. Übereinstimmend mit diesen Daten zeigten Arabidopsis ipk1-1-Mutanten, ebenfalls mit erhöhten InsP5- und erniedrigten InsP6-Niveaus, eine verstärkte Abwehr durch COI1-vermittelte Prozesse, wie wundinduzierte Genexpression und Verteidigung gegen Raupenfraß, oder Inhibierung von Wurzelwachstum durch Jasmonat. Die Kombination der Daten aus Hefe- und Arabidopsis-Experimenten zeigt, dass ein Inositolpolyphosphat, wahrscheinlic h InsP5, für die COI1-Funktion in Arabidopsis benötigt wird. Experimente mit Salicylsäure (SA)-defizienten Arabidopsis Mutanten deuteten eine weiteres Zusammenspiel zwischen SA- und PI-Signalen in der Wundantwort an, was PI-Signalen eine tragende Rolle als zentrale Komponente des regulatorischen Netzwerkes der Arabidopsis-Wundantwort zuweist.