Charakterisierung von zwei Arabidopsis thaliana Mutanten mit erhöhter PR1-Expression
Characterisation of two Arabidopsis thaliana mutants with constitutive PR1 expression
by Miriam Heupel
Date of Examination:2006-07-06
Date of issue:2006-08-15
Advisor:Prof. Dr. Christiane Gatz
Referee:Prof. Dr. Christiane Gatz
Referee:PD Dr. Wolfgang Dröge-Laser
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
One of the main components of the plant defense response during an infection is the raise of endogenous salicylic acid levels which leads to an increased expression of defense genes. In this work two mutant plants, aca41 and aca38#8, were characterized which have a constitutive expression of different defense genes. In spite of the constitutive defense gene expression the resistance of aca41 against virulent bacteria is only slightly higher than in control plants. Array experiments with aca41 leads to the identification of three genes which were expressed usually by oxidative stress and mediate resistance to oxidative stress. Growth experiments with aca41 on media containing paraquat, a superoxid generating substance, show that this mutant is more resistant to oxidative stress. aca38#8 which expresses the same oxidative stress genes as aca41 is not able to grow under this stress conditions. Additionally the mutant plants turned out to have a higher tolerance against water shortage. Measurement of the transpiration rate of aca41 showed that this plant closes their stomata faster by drought and that the evaporation of the cuticula is lower than in control plants. Analysis of the aca41 phenotype in the nahG background showed that the PR gene expression is dependend of the endogenous salicylic acid level while the expression of the oxidative stress genes and the drought tolerance is independend.
Keywords: salicylic acid; PR gene expression; oxidative stress; drought tolerance; defense response
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Im Rahmen der Abwehrreaktion der Pflanze gegen
Pathogene steigen die Mengen endogener Salizylsäure an,
wodurch eine Reihe von Abwehrgenen aktiviert wird. Im
Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Mutanten, aca41 und aca38#8, charakterisiert, die
verschiedene Abwehrgene konstitutiv exprimieren. Trotz
der konstitutiven Expression der Abwehrgene zeigte die
Mutante aca41 im Vergleich
zu Kontrollpflanzen nach Infektion mit virulenten
Bakterienstämmen nur eine leicht erhöhte Resistenz.
Durch Makroarrayanalysen wurden in aca41 drei konstitutiv exprimierte Gene
identifiziert, die normalerweise durch oxidativen
Stress induziert werden und deren Expression eine
Resistenz gegen oxidativen Stress vermittelt.
Wachstumsversuche auf Paraquat, einer Superoxid
erzeugenden Substanz, zeigten, dass aca41 eine erhöhte Toleranz gegenüber
oxidativen Stress aufweist. Obwohl in aca38#8 dieselben oxidativen Stressgene
wie in aca41 konstitutiv
exprimiert wurden, führte dies nicht zu einer erhöhten
Resistenz von aca38#8
gegenüber oxidativen Stressbedingungen. Weiterhin
zeigten sowohl aca41 als
auch aca38#8 einen
geringeren Wasserverbrauch als 5GuDe. Durch Messung der
Transpirationsrate, konnte für Linie aca41 gezeigt werden, dass sie unter
Wassermangelbedingungen ihre Stomata schneller schließt
und dass ihre minimale Transpirationsrate (Verdunstung
über die Cuticula) im Vergleich zur Kontrollpflanze
verringert war. Durch Kreuzung der Linie aca41 mit der NahG-Pflanze, wurde die Abhängigkeit
der verschiedenen Phänotypen vom Salizylsäuregehalt in
der Pflanze untersucht. Da NahG für eine Salizylat-Hydroxylase
codiert, die Salizylsäure in Catechol umwandelt, können
in diesen Pflanzen keine erhöhten Salizylsäuremengen
akkumulieren. Es konnte gezeigt werden, dass in
aca41 die Expression der
PR-Gene Salizylsäure
abhängig, aber sowohl die Expression der oxidativen
Stressgene als auch die erhöhte Austrocknungstoleranz
Salizylsäure unabhängig war.
Schlagwörter: Salizylsäure; EMS-Mutagenese; Expression von Abwehrgenen; Trockenstress; oxidativer Stress