Untersuchungen zur Regulation und Biosynthese apoplastischer Polyester in höheren Pflanzen

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Identifizierung von an der Suberinbiosynthese beteiligten Genen und der Aufklärung ihrer Funktion, um diese in das bestehende Synthe-seschema einordnen zu können. Hierzu wurden durch Coexpressionsstudien mit charakterisierten Suberingenen die drei Transkriptionsfaktoren MYB93, ANAC058 und ANAC038 sowie die GDSL-Lipase SiLip-2 identifiziert. Zur Aufklärung der Funktion wurden für alle Gene Knockout Mutanten identifiziert und chemisch charakterisiert. <br /> Die Zusammensetzung des Wurzelsuberins der silip2-Pflanzen wies eine signifikante Erhöhung der Gesamtmenge auf und die Mutanten Pflanzen zeigten eine deutlich verbesserte Toleranz gegenüber Trockenstress im Vergleich zu Wildtyp Pflanzen. Diese verbesserte Toleranz wurde in der Diskussion mit der Erhöhung der Gesamtsuberinmenge in Verbindung gebracht und für SiLip-2 eine spezifische Funktion als Suberin abbauende Esterase vorgeschlagen, die zu einer Begrenzung der Gesamtsuberinmenge beitragen könnte. <br /> Die Analyse des Wurzelsuberins der myb93 Pflanzen zeigte keine Unterschiede im Vergleich zu WT-Pflanzen so dass das Gen nicht eindeutig mit der Suberinbiosynthese in Zusammenhang gebracht werden konnte. <br /> In Wurzeln von anac058 Knockout Pflanzen wurde eine Reduktion der Gesamtmenge des Wurzelsuberins gemessen, wohingegen die Überexpression zu keinen Veränderungen führte. Messungen der Genexpression zeigten die Induzierbarkeit von ANAC058 durch Salzstress und Verwundung, weiterhin konnte in Blättern von Überexpressionsmutanten die Induktion diverser Suberingene beobachtet werden. Da Datenbankenanalysen für ANAC058 eine Coexpression mit mehreren Esterasen vorhersagten, wird eine Rolle als negativer Regulator dieser Esterasen vorgeschlagen. Die Funktion könnte in der Begrenzung der Gesamtmenge des Suberinpolymers bestehen. <br /> Die Analyse von zwei unabhängigen anac038 Mutantenlinien ergab eine signifikante Steigerung der Gesamtmenge des Wurzelsuberins, durch Komplementation einer Mutantenlinie konnte dieser Effekt rückgängig gemacht werden. Die Expression von ANAC038 in der Wurzel wurde durch Promoterstudien bestätigt. Die Überexpression von ANAC038 führte zu keinen Veränderungen des Wurzelsuberins, die Gesamtmengen von Blattkutin und –wachsen waren jedoch reduziert. <br /> Die ANAC038 Expression wird durch Salz- und Verwundungsstress induziert und während Trockenstress zeigten anac038 Pflanzen eine deutlich verbesserte Toleranz, die im Zusammenhang mit der gemessenen Erhöhung des Gesamtsuberingehalts diskutiert wurde. <br /> Da in Blättern von Überexpressionspflanzen eine Induktion verschiedener Suberingene gemessen werden konnte, wird für ANAC038 in Blättern eine Rolle während der Antwort auf Verwundungsstress diskutiert. Diese nimmt an, dass ANAC038 als eine Art Schlüsselaktivator auf transkriptioneller Ebene die Synthese von Suberingenen induziert, die mit Enzymen der Kutin- und Wachssynthese um Ausgangsbausteine konkurrieren, durch das erhöhte Expressionslevel wird der Suberinsynthese der Vorzug gegeben. In der Wurzel wird eine Funktion als Aktivator von bislang nicht identifizierten Enzymen vorgeschlagen, die spezifisch Esterbindungen mit monofunktionellen Suberinmonomeren wie Säuren und Alkoholen vermitteln und damit den Suberinpolyester abschließen und begrenzen könnten. Weiterhin wird eine mögliche Funktion als negativer Regulator von Transportern vorgeschlagen, die Suberinbausteine über die Zellmembran transportieren.