Die Rolle von Phosphoinositiden bei der Auxinsignalleitung von Arabidopsis thaliana

Abstract

Auxin ist eines der wichtigsten Phytohormone für das pflanzliche Wachstum und die Entwicklung und ein entscheidender Regulator des Gravitropismus. Für alle auxinvermittelten Prozesse ist die spezifische Verteilung des Hormons innerhalb der Gewebe relevant. Diese wird durch spezialisierte Auxintransporter umgesetzt, von denen besonders die PIN-Auxinexporter entscheidend sind. PINs lokalisieren in einer Zelle in den meisten Fällen polar an einer Seite der Plasmamembran um einen strikten Auxinfluss in das Zielgewebe zu erzeugen. Diese PIN-Verteilung muss dynamisch sein, damit der Auxinfluss zum Beispiel im Falle gravitroper Stimulation zügig in ein anderes Gewebe umgeleitet werden kann. Die schnelle Umverteilung der PINs hängt unter anderem von der Zusammensetzung und Funktionalität der Plasmamembran ab. In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass PIs eine wichtige Funktion bei der Vesikelbildung und der Rekrutierung der dafür nötigen Proteinmaschinerie einnehmen. In dieser Arbeit wurde getestet, ob PIs eine Rolle bei der PIN-Verteilung spielen. Pflanzen mit Störungen im PI-Syntheseweg wurden auf ihre gravitropen Krümmungseigenschaften und ihre PIN- und Auxinverteilung untersucht. Eine pip5k1 pip5k2-Doppelmutante zeigte neben verminderter gravitroper Krümmung auch eine gestörte PIN-Lokalisation als Defekt bei der Auxinverteilung, da sich Auxin mittels eines DR5::GUS-Reporters in der Wurzelspitze der Mutanten nicht nachweisen ließ. Diese Experimente lieferten daher wichtige Hinweise darauf, dass PtdIns(4,5)P2 eine Rolle bei der Lokalisierung und Umverteilung und damit der Regulierung des Auxinflusses spielen. PtdIns(4,5)P2 ist nicht nur als intaktes Lipid für viele Signalwege in der Pflanze relevant. Auch die abgeleiteten IPPs spielen eine wichtige Rolle. In der Kristallstruktur des Auxinrezeptors TIR1 wurde ein InsP6-Kofaktor beschrieben, dessen Funktion aber bisher unklar blieb. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ipk1-1-Mutanten und InsP 5-Ptase-Pflanzen mit verminderten Gehalten an InsP6 auf Auxin-vermittelte Prozesse wie gravitrope Krümmung und die Verteilung von Auxin und dessen Transporter untersucht. Weiterhin wurde die Transkription auxinabhängiger Gene getestet. Dazu wurden diese Pflanzenlinien gravitrop stimuliert und die Transkriptgehalte in der Wurzelspitze nach dieser Stimulation mittels einer Transkript-Arrayanalyse mit Pflanzen des Wildtyps verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die gravitrope Stimulation in Wildtyppflanzen eine deutliche Veränderung der Genexpression hervorruft, die sich in ipk1-1-Mutanten und die InsP 5-Ptase-Pflanzen nicht beobachten ließ. Verifizierungen ausgewählter Gene mittels qPCR bestätigten die Befunde. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass sowohl PIs, als auch abgeleitete IPPs, im besonderen InsP6, eine Rolle bei auxinvermittelten Prozessen spielen.