Die Rolle von AGD12 bei phototroper und gravitroper Signaltransduktion in Arabidopsis thaliana

Durch Licht oder Schwerkraft induziertes gerichtetes Wachstum von Pflanzen wird als Phototro-pismus bzw. Gravitropismus bezeichnet. Diese werden unterteilt in Reizwahrnehmung, Signalweiter-leitung und einer abschließenden photo- bzw. gravitropen Reaktion. In höheren Pflanzen wie Arabidopsis thaliana...

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Main Author: Michalski, Christian
Contributors: Galland, Paul (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
Biologie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Durch Licht oder Schwerkraft induziertes gerichtetes Wachstum von Pflanzen wird als Phototro-pismus bzw. Gravitropismus bezeichnet. Diese werden unterteilt in Reizwahrnehmung, Signalweiter-leitung und einer abschließenden photo- bzw. gravitropen Reaktion. In höheren Pflanzen wie Arabidopsis thaliana erfolgt die Wahrnehmung von Licht über den Blaulicht-Photorezeptor Phototro-pin. Die Wahrnehmung von Schwerkraft wird hingegen durch die Sedimentation stärkehaltiger Statolithen unterstützt, wobei der tatsächliche Schwerkraftrezeptor gegenwärtig unbekannt ist. Wei-tere Details zur daran anschließenden frühen Signalweiterleitung von Photo- und Gravitropismus sind ebenso unbekannt. Erst die durch ARFs gesteuerte Umverteilung von PIN-Proteinen über das Trans-Golgi-Netzwerk bildet den nächsten bekannten Zwischenschritt in der gemeinsamen Signaltransduk-tion von Photo- und Gravitropismus. Das Resultat ist eine Verlagerung des Auxintransports, Aufbau eines Auxingradienten und schließlich asymmetrisches Wachstum. Die Resultate dieser Arbeit verdeutlichen, dass AGD12 und EHB1 als positiver bzw. negativer Effektor der photo- und gravitropen Signaltransduktion fungieren. So konnte gezeigt werden, dass eine agd12 loss-of-function Mutante im Vergleich zum Wildtyp einen verringerten Photo- und Gravitropismus aufweist. Ein Phänotyp der diametral zur hypergravitropen ehb1-2-Mutante ist. Zudem konnte ge-zeigt werden, dass beide Proteine in vivo mit dem für Phototropismus essentiellen NPH3-Protein interagieren. Ebenfalls wurden mittels Hefe-Zwei-Hybrid-System Interaktionen von AGD12 und EHB1 mit diversen ARF Proteinen in vivo nachgewiesen, welche essentiell für die gemeinsame Signalweiter-leitung von Photo- und Gravitropismus sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Befunde durch konfokalmikroskopische Untersuchungen an Keimlingen untermauert, die AGD12:GFP und EHB1:GFP konstitutiv exprimieren. So lokalisierten beide Fusionsproteine als Folge einer Behandlung mit Bre-feldin A in sogenannten BFA-Kompartimenten, was auf eine Assoziation von AGD12 und EHB1 mit dem Trans-Golgi-Netzwerk schließen lässt. Damit wird die nachgewiesene Interaktion mit NPH3 und diversen ARFs durch eine gemeinsame Lokalisation mit AGD12 und EHB1 gestützt. In silico modellier-te Ca2+-Bindestellen bei AGD12 und EHB1 legen nahe, dass ihre Funktion durch Ca2+ moduliert werden kann. Parallel dazu konnte durch Zugabe von Ca2+ in das Wachstumsmedium gezeigt werden, dass der Gravitropismus von Pflanzen ohne AGD12 und EHB1 weit geringer durch Schwankungen der externen Ca2+-Konzentration beeinflusst wird. Daher ist zu vermuten, dass beide Proteine über Ca2+-Signale an der frühen gravitropen Signaltransduktion beteiligt sind. Dabei könnte die unmittelbare Erhöhung der cytosolischen Ca+2-Konzentration nach Schwerkraftstimulus zu einer Ca2+-Bindung an AGD12 und EHB1 führen, deren Funktionalität modulieren und so die Signaltransduktion fortgeführt werden. Es ist anzunehmen, dass beide Proteine um die jeweilige Bindung an NPH3 und diversen ARFs in Kon-kurrenz stehen und sich daraus ihre gegensätzliche Wirkung auf die Tropismen ergibt. So stellt AGD12 die eigentliche Verbindung zwischen NPH3 und diversen ARFs dar, indem es den zyklischen GTP/GDP-Austausch an ARFs und somit die Bildung von Transportvesikeln ermöglicht. Eine Bindung mit EHB1 hingegen unterbindet diesen GTP/GDP-Austausch aufgrund der fehlenden Arf-GAP-Domäne, was die Rolle von EHB1 als negativen Effektor erklärt. Der Umstand, dass homologe Protei-ne wie AGD11 und AGD13 ebenso positiven Einfluss auf Photo- und Gravitropismus ausüben, lässt vermuten, dass weit mehr Proteine an diesen und anderen physiologischen Reaktionen beteiligt sind. Demnach bestimmt das Verhältnis zwischen AGD-Proteinen und den EHB1-verwandten CAR-Proteinen die Intensität einer Reaktion auf diverse Umweltreize wie Licht und Schwerkraft.
Physical Description:172 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2017.0667