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Einfluss von Gibberellin auf den Gravitropismus der Wurzel durch Regulation der PIN-Stabilität

dc.contributor.advisorJiri, Friml Prof. Dr.de
dc.contributor.authorLöfke, Christiande
dc.date.accessioned2012-04-16T14:55:05Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:37Zde
dc.date.issued2011-08-22de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AE21-7de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-491
dc.description.abstractAuxin und Gibberellin zählen beide zu den klassischen Wachstumshormonen. Da sie ähnliche Wirkbereiche in der Pflanze abdecken, ist eine Vernetzung der beiden Hormone anzunehmen. In vorangegangenen Studien wurde ein direkter Einfluss von Auxin auf die GA-Biosynthese und GA-Perzeption nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit sollte komplementär die Wechselwirkung von GA auf auxinrelevante Prozesse untersucht werden. Der Gravitropismus ist ein ideales System, um dynamische, auxinabhängige Prozesse wie Auxinverteilung und PIN-Endomembranfluss in der Wurzel darzustellen. Um den GA-Gehalt oder die GA-Signaltransduktion in Pflanzen gezielt zu verändern wurden pharmakologische und genetische Manipulationen durchgeführt. Sowohl bei geringeren GA-Gehalten, wie sie nach Uniconazolbehandlung oder in der ga1-3 GA-Biosynthesemutante vorliegen, als auch bei erhöhten GA-Gehalten oder konstitutiv aktivierter GA-Signaltransduktion in der pentuple-Mutante war die gravitrope Krümmungsre aktion der Wurzel schwächer verglichen mit der des Wildtyps oder unbehandelter Kontrollen. In der pentuple-Mutante sind die DELLA-Gene RGA, GAI, RGL1, RGL2 und RGL3 durch T-DNA Insertionen defekt (Feng et al., 2008). Zur Visualisierung der asymmetrischen Auxinverteilung während der gravitropen Krümmungsreaktion wurde ein auxinsensitives Promotorkonstrukt (DR5::GFP) verwendet. Interessanterweise akkumulierte nach Gravistimulation bei gleichzeitiger GA-Behandlung Auxin symmetrisch, während bei geringeren GA-Gehalten (Uniconazolbehandlung) keine laterale Auxin Akkumulation erfolgte. Um Veränderungen der endogenen GA-Gehalte während des Gravitropismus zu zeigen, wurde ein GA-sensitiver Reporter (RGA::RGA-GFP) verwendet, der bei erhöhten GA-Gehalten abgebaut wird. Es konnte gezeigt werden, dass parallel zur asymmetrischen Auxinverteilung das RGA-GFP Signal auf der Unterseite gravistimulierter Wurzelspitzen signifikant schwächer wurde. Die asymmetrische GA-Verteilung während der gravitropen Krümmungsreaktion konnte durch eine asymmetrisch e GA-Detektion über den GA-spezifischen Antikörper in der Zellteilungs- und Elongationszone der Wurzelepidermis bestätigt werden. Des Weiteren wurden die Effekte von GA auf die PIN-Transkription und -Proteingehalte untersucht. Durch GA-Behandlung veränderte sich die PIN2 Expression nicht, jedoch zeigten sich veränderte PIN-Proteingehalte nach GA- oder Uniconazolgabe. Damit übereinstimmend zeigte sich gegenüber Kontrollpflanzen ein verzögerter Abbau des dexamethasoninduzierten PIN2-GFP Signals in GA-behandelten Pflanzen. Dieser Stabilisierungseffekt von GA scheint spezifisch für PIN-Proteine zu sein, da andere plasmamembranassoziierte Auxintransporter (AUX1 und PGP19) und ein Aquaporin (PIP2) nicht durch veränderte GA-Gehalte beeinflusst wurden. Der PIN-Proteingehalt der Plasmamembran wird durch eine Balance zwischen Degradation in der lytischen Vakuole und konstitutivem Recycling zurück zur Plasmamembran reguliert (Kleine-Vehn et al., 2008a). Eine Erhöhung der PIN-Proteinmenge an der Plasmamembran kann bei nicht-transkriptioneller Kontrolle durch Erniedrigung der Endozytose, Erhöhung der Exozytose oder verändertes Recycling erhöht werden. Da die Internalisierung von FM4-64, eines Endozytose-Indikators, durch veränderte GA-Gehalte nicht beeinflusst war, aber mehr PIN2 in BFA induzierten Endosomen akkumulierte, liegt der Schluss nahe, dass bei verstärkter GA-Bildung das PIN-Recycling vom PVC zurück zu den Endosomen gesteigert war. Um zu testen, ob der Retromer-abhängige Weg für den GA-induzierten Anstieg der PIN-Proteine an der Plasmamembran notwendig ist, wurden die Versuche im Hintergrund einer snx1-Mutante wiederholt, in der das Retromer-abhängige Recycling unterbrochen ist. In dieser Mutante zeigten sich keine GA-induzierten Effekte auf die PIN2-Proteingehalte. Die Gesamtheit der Daten lässt die Hypothese zu, dass nach Gravistimulation GA auf der Unterseite der Wurzel akkumuliert, wo es die PIN-Stabilität über den Retromer-abhängigen Weg beeinflusst und so die Balance zwischen Abbau und Recycling von PIN-Proteinen mitbestimmt.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleEinfluss von Gibberellin auf den Gravitropismus der Wurzel durch Regulation der PIN-Stabilitätde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedGibberellin modulates root gravitropism via regulation of PIN stabilityde
dc.contributor.refereeHeilmann, Ingo Prof. Dr.de
dc.date.examination2011-04-29de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaften, Biologiede
dc.description.abstractengGravitropic bending of plant organs is mediated by formation of an auxin gradient between the upper and lower side of the respective organ. Studies in monocot shoots suggested that besides auxin also gibberellin (GA) shows asymmetric distribution during gravitropism, but the functional relevance of this observation remains unclear. Here we addressed a role of GA in root gravitropism of Arabidopsis thaliana by genetically and pharmacologically manipulating GA metabolism and signaling. We show that manipulations of GA content and response in the root affect both auxin distribution during gravitropism and gravitropic response. Immunostaining using an antibody directed against GA detected asymmetry of GA distribution in the root tip during the gravitropic response. We observed that GA treatments specifically increased plasma membrane amounts of PIN auxin transporters independent of transcriptional regulation suggesting that GA affects root auxin distribution by stabilization of the gravitropic regulator PIN2. Manipulations of GA levels or GA signaling affected intracellular PIN2 accumulation in response to the trafficking inhibitor Brefeldin A. We propose that the observed increase in PIN2 stability may be due to a GA effect on the retromer complex causing enhanced recycling of PIN2 from the prevacuolar compartment to the trans-Golgi network with the consequence of less PIN2 trafficking to the lytic vacuole.de
dc.contributor.coRefereeTeichmann, Thomas PD Dr.de
dc.contributor.thirdRefereePolle, Andrea Prof. Dr.de
dc.subject.topicBiology (incl. Psychology)de
dc.subject.gerGravitropismusde
dc.subject.gerPINde
dc.subject.gerAuxintransportde
dc.subject.gerGibberellinde
dc.subject.engGravitropismde
dc.subject.engPINde
dc.subject.engAuxin transportde
dc.subject.engGibberellinde
dc.subject.bk42.41de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3108-0de
dc.identifier.purlwebdoc-3108de
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät inkl. Psychologiede
dc.subject.gokfullWde
dc.identifier.ppn668650451de


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