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Analyse der Jasmonoyl-Isoleucin-unabhängigen Funktion des Jasmonat-Rezeptors CORONATINE INSENSITIVE1 in Wurzeln von Arabidopsis thaliana

dc.contributor.advisorGatz, Christiane Prof. Dr.
dc.contributor.authorSchmitz, Johanna
dc.date.accessioned2015-06-23T08:28:20Z
dc.date.available2015-06-23T08:28:20Z
dc.date.issued2015-06-23
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0022-6031-4
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5154
dc.description.abstractVerticillium longisporum ist ein bodenbürtiges vaskuläres Pflanzenpathogen, das im europäischen Raum eine ernsthafte Bedrohung des agronomisch wichtigen Raps, einer Quelle für Biokraftstoff und Speiseöl, darstellt. Infektionsanalysen mit V. longisporum zeigten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine neue Funktion des Jasmonoyl-Isoleucin- (JA-Ile) Rezeptors COI1, die unabhängig von JA-Ile oder pilzlichen Analoga dieses Pflanzenhormons Suszeptibilität gegenüber dem Pathogen vermittelt. Pfropfungsexperimente führten zu der Erkenntniss, das COI1 in Wurzeln für die Ausprägung von Krankheitssymptomen im Spross benötigt wird (Ralhan et al., 2012). Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, welche Gene unter der Kontrolle der JA-Ile-unabhängigen COI1-Funktion stehen und inwieweit sich die Signaltransduktionskette von der bekannten, durch COI1 aktivierten, Signaltransduktion unterscheidet. RNA-Sequenz-Analysen von infizierten und nicht-infizierten Wurzeln des Wildtyps, der coi1-Mutante und der JA-Biosynthesemutante aos ergaben zunächst, dass unter den gewählten Infektionsbedingungen nur wenige Gene durch den Pilz beeinflusst werden. Beim Vergleich der Transkriptomdaten von coi1- und aos-Wurzeln fiel jedoch auf, dass eine Gruppe von 113 Genen in der coi1-Mutante konstitutiv stärker exprimiert wurde als in der JA-Biosynthesemutante. Im Gegensatz dazu gab es nur wenige Gene, die in der coi1-Mutante geringer exprimiert waren als in aos und deren Expressionsmuster sich in unabhängigen Proben als nicht reproduzierbar erwies. Als Markergene für die Gruppe von Genen, bei der COI1 unabhängig von JA-Ile, d.h. auch in der aos-Mutante, als negativer Regulator der Genexpression wirkt, wurden aufgrund robuster Effekte der hochregulierten Transkriptmenge in der coi1-Mutante die Gene Phosphoglyceratmutase, Germin 2 und Cysteine-rich Receptor-like Kinase 15 (CRK15) gewählt. Durch Mutationen der Ligandenbindestelle von COI1 für JA-Ile wurde gezeigt, dass ein mutiertes COI1-Protein, das in der Pflanze JA-Ile-abhängige Funktionen wie Fertilität, JA-sensitives Wurzelwachstum und JA-induzierbare JAZ10-Expression nicht mehr ausführen konnte, ähnlich wie das WT-COI1 die Expression der Markergene weiterhin reprimieren konnte. Die Suszeptibilität-vermittelnde JA-Ile-unabhängige Funktion von COI1 gegenüber V. longisporum konnte mit diesen Konstrukten jedoch nicht eindeutig gezeigt werden, da die entsprechenden Leervektorkontrollen unerwarteterweise stark ausgeprägte Krankheitssymptome nach Infektion mit V. longisporum aufwiesen. Weitere bekannte Signalkomponenten der JA-Signaltransduktion wurden bezüglich ihrer Rolle in der JA-Ile-unabhängigen Funktion des COI1-Proteins analysiert. Dabei konnte über die Beteiligung der JAZ-Proteine keine Aussage getroffen werden, da eine beschriebene dominant-negative Wirkung des JAZ1∆3-Proteins in dieser Arbeit nicht bestätigt werden konnte. Da-hingegen konnte gezeigt werden, dass Komponenten wie NINJA und MYC2,3,4 keinen Einfluss auf die reprimierende Funktion von COI1 bezüglich der Phosphoglyceratmutase haben. Demnach konnte in dieser Arbeit durch Expressionsanalysen der Phosphoglyceratmutase, einem Schlüsselenzym der Glykolyse, demonstriert werden, dass sich die neue Funktion von COI1 stark von der klassischen und bekannten Funktion als JA-Ile-Rezeptor und Aktivator downstream agierender Prozesse der JA-Signaltransduktion unterscheidet. Es wird postuliert, dass es sich dabei um eine anzestrale Funktion des Proteins handelt, die mit der Entwicklung der JA-Synthese in Pflanzen aufgrund hoher Affinität des Rezeptors zu seinem Liganden in den Hintergrund gestellt wurde.de
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleAnalyse der Jasmonoyl-Isoleucin-unabhängigen Funktion des Jasmonat-Rezeptors CORONATINE INSENSITIVE1 in Wurzeln von Arabidopsis thalianade
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedAnalysis of the jasmonoyl-isoleucine-independent function of the JA receptor CORONATINE INSENSITIVE1 in roots of Arabidopsis thalianade
dc.contributor.refereeGatz, Christiane Prof. Dr.
dc.date.examination2015-05-28
dc.description.abstractengVerticillium longisporum is a soil borne vascular plant pathogen and a serious threat to the agronomically important oilseed rape, the source for biofuel and nutritional oil in Europe. In the interaction of the model plant Arabidopsis thaliana with V. longisporum a novel function of the jasmonoyl isoleucine (JA Ile) receptor COI1 was found. This novel function of COI1 mediates susceptibility to this pathogen independent of the presence of JA Ile or fungal analogues. Grafting experiments revealed that COI1 is required in root tissue for the expression of disease symptoms in the shoot (Ralhan et al., 2012). In this study, RNA sequencing of infected and uninfected roots of wild-type plants, the coi1-mutant and the JA-biosynthesis mutant aos was used to identify genes that are under the control of the JA-Ile-independent COI1-function. The question to which extent the signal trans-duction chain of the novel COI1-function differs from the known COI1-dependent signal transduction pathway was also addressed. Under the conditions chosen for infection, transcription of only few genes was affected by the fungus. Conspicuously a group of 113 genes was constitutively higher expressed in the coi1-mutant compared to the JA-biosynthesis mutant, irrespective of the infection. In contrast, transcription of only few genes was lower in the coi1-mutant than in the aos-background. However, this expression pattern could not be reproduced in independent samples. Based on reproducible and robust expression data, the genes Phosphoglycerate mutase, Germin 2 and Cysteine-rich Receptor-like Kinase 15 (CRK15) were chosen as marker genes for the gene set regulated by the JA-Ile-independent COI1-function. In order to approach the question whether the integrity of the ligand binding pocket of COI1 is important for the novel COI1-function, site specific mutations were introduced and the mutated proteins were expressed in the coi1-background. As expected JA-dependent functions such as fertility, JA-sensitive root growth and JA-inducible JAZ10 expression were not restored, but the function of the COI1-proteins to repress the expression of marker genes were maintained. However, the JA-Ile-independent function of COI1 in mediating susceptibility against V. longisporum could not clearly be demonstrated, since the corresponding empty vector controls exhibited strongly pronounced symptoms after infection with V. longisporum. Well known signal components of the JA-signal transduction chain were analyzed for their role in the JA-Ile-independent function of COI1. No conclusion could be drawn concerning the involvement of JAZ-proteins, as a described dominant-negative effect of the JAZ1Δ3-protein did not even interfere with all JA-dependent processes. Interestingly, JA-signalling components such as NINJA and MYC2,3,4 did not influence the repressive function of COI1 on the expression of the Phosphoglycerate mutase. Taken together, the results of expression analysis of the Phosphoglycerat mutase, a key enzyme of glycolysis, suggest that the novel function of COI1 differs strongly from its classical and well known role as a JA-Ile-receptor and activator of downstream processes of JA-signaling. It is postulated that this recently discovered COI1-function is evolutionary ancient. Conceivably, the development of JA-synthesis in plants led to a displacement of this ancestral COI1-function due to the high affinity of the protein to its ligand JA-Ile.de
dc.contributor.coRefereeLipka, Volker Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeFeußner, Ivo Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereePolle, Andrea Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeGleason, Cynthia Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeTeichmann, Thomas PD Dr.
dc.subject.engArabidopsis thalianade
dc.subject.engVerticillium longisporumde
dc.subject.engCOI1de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0022-6031-4-9
dc.affiliation.instituteGöttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften, Biophysik und molekulare Biowissenschaften (GGNB)de
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.identifier.ppn828103526


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