Mobilisierung von Speicherlipiden in <i>Cucumis sativus</i>- und <i>Arabodopsis thaliana</i>-Keimlingen

Abstract

Die Keimung von Ölsaaten ist durch die Mobilisierung der in den Lipidkörpern gespeicherten TAGs als Kohlenstoffquelle charakterisiert. Neben dem klassischen Abbauweg dieser Speicherlipide, der direkt durch die Aktivität einer TGL initiiert wird, wurde in einigen Pflanzenarten ein alternativer Abbauweg gefunden, der von einer spezifischen, am Lipidkörper lokalisierten 13-LOX abhängig ist. In Gurkenkeimlingen führt die Aktivität der 13-LOX (CsLbLOX) zur Bildung von veresterten Hydroperoxiden (13-HPOD) in den Speicherlipiden, welche durch eine hochspezifische TGL hydrolysiert werden und das Substrat der glyoxysomalen β-Oxidation darstellen. Als Voraussetzung für die Mobilisierung der Speicherlipide scheint zudem ein teilweiser Abbau der Lipidkörpermembran notwendig zu sein. So bekommen die lipidmobilisierenden Enzyme Zugang zu ihren Substraten im Inneren des Lipidkörpers. Diesbezüglich wurden die Lipidkörper aus den Keimblättern der Gurke isoliert und die Lipidkörperproteine, Enzymaktivitäten sowie die Speicherlipide untersucht. Gleichzeitig mit dem Nachweis von LOX-Aktivität, der zugehörigen transienten Akkumulation des Proteins und der Bildung von lipidgebundenem 13-HPOD sowie mehrfach oxygenierten TAGs im Lipidkörper während der Keimung wurde die Expression der Patatin-ähnlichen PLA2 CsPAT und eine transiente PLA2-Aktivität am Lipidkörper beobachtet. Desweiteren konnte CsPAT intrazellulär genauso wie die CsLbLOX an der Lipidkörpermembran lokalisiert werden. Untersuchungen der Membranphospholipide des Lipidkörpers zeigten parallel zu der detektierten PLA2-Aktivität eine Abnahme des PC-Gehaltes begleitet von der Akkumulation des Abbauproduktes LPC während der Keimung. Zusätzlich ergaben in vitro Analysen von isolierten Lipidkörpern reifer Samen, dass die Bildung von 13-HPOD durch die rekombinante CsLbLOX erst bei gleichzeitiger Inkubation mit rekombinantem CsPAT auftrat. Diese Experimente lassen vermuten, dass in vivo die Mobilisierung der Speicherlipide durch die Aktivität von CsPAT initiiert wird, welche den partiellen Abbau der Lipidkörpermembran und damit die Zugänglichkeit der LOX- bzw. TGL-Substrate ermöglicht.Die transgene Expression von CsPAT und der CsLbLOX in Tabaksamen führte nicht zu einem frühzeitigen Abbau der Speicherlipide oder zu einer eindeutigen Akkumulation von Lipidhydroperoxiden. Eine Beteiligung an der Wundreaktion der transgenen Proteine in Tabakblättern konnte ebenfalls nicht festgestellt werden. Mittels Sequenzierung von Lipidkörperproteinen wurde weder für Gurken- noch für Arabidopsis-Keimlinge eine TGL-Sequenz identifiziert, welche als Kandidat für den Abbau der Speicherlipide in Frage kam. Eine ausreichende heterologe Expression der mutmaßlichen keimungsspezifischen TGL AtTGL1 und AtTGL2 aus A. thaliana in Insektenzellen und in P. pastoris sowie der Nachweis der TGL-Aktivität dieser Enzyme blieb bisher erfolglos, so dass keine Rückschlüsse auf ihre physiologische Funktion gezogen werden konnte.