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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-24928
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2492/


Tintelnot, Stefanie

Der Einfluss von Abscisinsäure auf die pflanzliche Zellwand : Untersuchung extrazellulärer Proteine beim Laubmoos Physcomitrella patens

Influence of abscic acid on the plant cell wall : Analysis of extracellular proteins of the moss Physcomitrella patens

Dokument1.pdf (8.478 KB) (md5sum: bde2e4ec88566e3b542b762811d6b7de)

Kurzfassung in Deutsch

Die pflanzliche Zellwand dient dem Schutz der Pflanze gegen mechanische, chemische und pathogene Einflüsse. Zusätzlich ermöglicht und kontrolliert sie den Austausch von Wasser und anderen Substanzen sowie die Kommunikation zwischen den Zellen und zwischen Pflanzen. Für Laubmoose wie Physcomitrella patens, die kein vaskuläres Gewebe besitzen und bei denen jede Zelle in direktem Kontakt mit der Umgebung steht, ist der Austausch über die Zellwand von besonderer Bedeutung.
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Abscisinsäure (ABA) bei Physcomitrella zu einer drastischen Verdickung der Zellwand führt. ABA bewirkt außerdem eine starke Veränderung der intrazellulären Struktur und induziert die Bildung von vegetativen Dauersporen, den Brachyzyten, und Tmema-Zellen, die der Fragmentierung des Protonemafilamentes dienen.
Um die Wirkung von ABA auf Zellwandproteine zu untersuchen, wurden zehn putativ extrazelluläre Proteine identifiziert und analysiert. Es stellte sich heraus, dass die Expression von acht dieser zehn Gene durch Abscisinsäure reguliert wird, während die Transkription von nur drei Genen durch Auxin bzw. Cytokinin beeinflusst wird.
Die Funktion dreier Proteine, PpXTH1 (Xyloglukan-Endotransglykosylase/Hydrolase), PpPME1 (Pektin-Methylesterase) und PpFLP (Fasciclin-like protein), deren Genexpression durch ABA reguliert wird, wurde anhand von Überexpressions- und knockout-Mutanten genauer untersucht. Alle Mutanten zeigten starke Defekte im Protoplasten-Regenerationsvermögen, was sich mit Störungen im Zellwandaufbau begründen lässt. Ebenso scheinen Unterschiede in der Zellwandlockerung aufzutreten, da die Zellgröße und -form bei den Mutanten im Vergleich zum Wildtyp abwich. PpFLP scheint zudem für das apikale Wachstum des Protonemas wichtig zu sein, da die regenerierenden Protoplasten der Mutante keine linearen Filamente ausbildeten.
Die Gametophoren der Mutanten, außer der Ppxth1-Überexpressionspflanze, zeigten Zwergwuchs, der durch verkleinerte Blättchen hervorgerufen wurde. Die Sensitivität der Pppme1- und Ppxth1-Mutanten für Abscisinsäure war verändert. Besonders die delta-PME- und delta-XTH-Pflanze wuchsen deutlich besser auf ABA-haltigem Medium als die Kontrolle, die Ppxth1-Überexpressionsmutante bildete dagegen vermehrt Brachyzyten als Reaktion auf ABA-Applikation. PpXTH1 und PpPME1 spielen also nicht nur eine Rolle in Zellwandlockerung und -festigung, sondern sind auch an deren Aufbau beteiligt und für die ABA-Sensitivität der Pflanze wichtig.
Für PpPME1 und PpFLP wurde neben de oben beschriebenen Effekten eine mögliche Beteiligung an der Chloroplastenteilung beobachtet. Beide Proteine sind eng mit bakteriellen Proteinen verwandt, PpFLP besitzt keine pflanzlichen Homologe. PpFLP und PpPME1 könnten also bei der primären Endosymbiose oder durch horizontalen Gentransfer in das Moos gelangt sein und auch heute noch eine wichtige Funktion bei Wachstum und Differenzierung der aus Bakterien hervorgegangenen Chloroplasten bewahrt haben.
In Bezug auf Abscisinsäure lässt sich zusammenfassend sagen, dass sie durch ihre Wirkung auf die Genexpression extrazellulärer Proteine einen Schlüsselregulator für die Genese und Differenzierung der Zellwand darstellt.


Kurzfassung in Englisch

The plant cell wall yields protection against mechanical, chemical and pathogenic influences for the cell and the whole organism. The cell wall enables and controls the exchange of water and other substances as well as the communication between cells and between individual plants. This is of specific importance for Physcomitrella patens, since the moss has no vascular tissue.
Ten extracellular proteins of Physcomitrella were identified and characterized. Signal peptides were analysed using fusion constructs and proven to be highly efficient for secretion of heterologous proteins. Expression analyses revealed that eight of the ten genes are regulated by the phytohormone abscisic acid (ABA). ABA leads to a drastic increase of cell wall thickness in Physcomitrella-cultures. For two genes encoding the cell wall modifying proteins PpPME1 (Pectin methylesterase) and PpXTH1 (Xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase), knockout as well as overexpression mutants were generated. Knockout mutants of another gene encoding the extracellular protein PpFLP (fasciclin-like protein), which has no homologs in higher plants, were analysed. All mutant plants showed an abberant phenotype compared to wildtype. The mutants were severely affected in their protoplast regeneration capacity; the chloronema cells exhibited differences in size as well as in cell wall thickness. Most of the mutants had smaller leaflets resulting in dwarfed gametophores. The ABA-sensitivity in Pppme1- and Ppxth1-mutants was altered. The results implicate that all three proteins are important for cell wall construction as well as for the development of the whole plant. In addition, PpPME1 and PpXTH1 play a role in ABA-sensitivity and PpPME1 and PpFLP were shown to be involved in chloroplast division.


SWD-Schlagwörter: Physcomitrella patens , Abscisinsäure , Zellwand
Freie Schlagwörter (deutsch): XTH , PME , FLP , Mutante
Freie Schlagwörter (englisch): plant cell wall , absisic acid , Physcomitrella patens , mutant
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Reski, Ralf (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.05.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 07.06.2006
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