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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-78209
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7820/


Erxleben, Anika

Untersuchungen zu Cytokinin- und Auxin-regulierten Entwicklungsprozessen in Physcomitrella patens (Hedw.) Bruch & Schimp

Analysis of cytokinin- and auxin-regulated developmental processes in Physcomitrella patens (Hedw.) Bruch & Schimp

Dokument1.pdf (60.267 KB) (md5sum: 07eeb3107529a777c698a4bfe70a01a7)

Kurzfassung in Deutsch

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei bedeutende durch Phytohormone regulierte Entwicklungsprozesse des Mooses Physcomitrella patens untersucht. Im ersten Teil wurde die durch Cytokinin induzierbare Knospenbildung im Protonema mit Veränderungen auf Ebene der Proteine und Metabolite korreliert. Dafür wurden für einen Proteom- und Metabolomvergleich neben der Kontrolle verschiedene Zeitpunkte nach Cytokinin-Stimulation herangezogen, die vor und nach Knospenbildung liegen. Insgesamt wurden 991 lösliche Proteine identifiziert und diese durch Zuweisungen von Gene Ontology-Termen und KEGG-IDs klassifiziert. Eine Berechnung von über- und unterrepräsentierten Termen sowie eine Quantifizierung der Proteine zeigte, dass vor der Knospenbildung Zellteilungsprozesse aktiviert werden und die meisten Proteine DNA- und Chromatin-assoziierten Prozessen zugeordnet werden können. Nach der Knospenbildung wurden hauptsächlich Proteine identifiziert, die sowohl in die Organisation des Cytoskeletts involviert sind als auch solche, die dem Energiehaushalt oder Kohlenhydrat-Stoffwechsel angehören. Die Untersuchung der Metabolite zu den gleichen Zeitpunkten bestätigte diese Beobachtungen. Es wurde gezeigt, dass Metabolite des Zuckerstoffwechsels verschiedene Modifikationen im Laufe der Knospenentwicklung durchlaufen, was sich auch bei einem Vergleich der Metaboliten-Komposition von Protonema und Gametophoren anhand gewebsspezifischer Produkte zeigte. Die Identifizierung spezifischer Proteine wie z.B. Prolin in Gametophoren, die unter Trockenstress wuchsen, zeigte, dass die Stress-Antwort von Gametophoren denen Höherer Pflanzen sehr ähnlich ist.
Mit Hilfe von Microarrays wurde die frühe Expression Cytokinin-regulierter Gene in P. patens untersucht. Dabei konnten keine der in Höheren Pflanzen in der Signaltransduktion involvierten Komponenten detektiert werden. Die Ergebnisse deuten eher auf einen Calcium-vermittelten Signalweg hin, der große Überlappungen zum Stickstoff-Metabolismus zeigt und in die Regulation der Knospenbildung involviert ist.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde über einen Ansatz der artifiziellen microRNA erstmals eine ganze Genfamilie, die Homologen der TIR1/AFB-Proteine, in einer PpGH3::GUS-Linie von P. patens herunterreguliert. Analysen der Auswirkungen einer Reduktion der Transkriptmengen um 50-90 % aller vier Gene in P. patens zeigten, dass diese Proteine für die Perzeption der natürlich vorkommenden Auxine IAA und IBA verantwortlich sind. Im Gegensatz zu Höheren Pflanzen konnten keine Hinweise auf die Involvierung von TIR1/AFB in die Signaltransduktion der synthetischen Auxine NAA und 2,4-D bei Physcomitrella gefunden werden. Während die PpGH3::GUS-Linie eine Inhibierung bei höheren Auxin-Konzentrationen zeigt, weisen die amiTIR/AFB-Pflanzen eine deutliche Resistenz gegenüber den wachstumsinhibitorischen Eigenschaften von Auxin auf. Über Messungen der GH3::GUS-Aktivität konnte gezeigt werden, dass TIR1/AFB-defiziente Pflanzen eine starke lokalisierte Auxin-Biosynthese besitzen, die von der Auxinverteilung von PpGH3::GUS abweicht.


Kurzfassung in Englisch

The aim of this thesis was the analysis of two developmental processes regulated by phytohormones in the moss Physcomitrella patens. In the first part, the cytokinin-induced bud formation in Protonema was correlated with changes at the level of the proteome and metabolome. Therefore samples from different timepoints after cytokinin-application and from an untreated control were investigated. A total of 991 soluble proteins were identified and classified using Gene Ontology-terms and KEGG-IDs. A calculation of over- and underrepresented terms and the quantification of proteins showed that prior to bud formation the cell division is activated and most of the proteins are involved in DNA- and chromatin associated remodeling processes. After bud development proteins belonging to cytoskeletal organisation and energy metabolism are enriched. The analyses of metabolites at the same time points support these results. It could be shown that metabolites of the carbohydrate metabolism undergo modifications during bud formation, something that was confirmed while comparing metabolites from protonema and gametophores by the appearance of tissue-specific products. The identification of proteins like prolin in gametophore cultures under drought stress conditions showed that the stress responses of gametophores are comparable to those in higher plants.
Microarrays were used to identify early signaling components in response to cytokinin. No components known from signal transduction processes in higher plants could be detected. The results point to a calcium-mediated signaling pathway involved in the control of bud development and with large overlaps with the nitrate metabolism.
In the second part of the thesis an entire gene family, the homologs of the TIR1/AFB protein, was silenced using an artificial microRNA (amiRNA) approach. The amiRNA was introduced into the transgenic plant PpGH3::GUS comprising an auxin inducible promotor. Transcripts of all four TIR1/AFB homologs in P. patens were reduced to 50-90%. Phenotypic analysis of the regenerated plants showed the the putative auxin receptors are involved in the perception of IAA and IBA but probably not in the signaling of NAA and 2,4-D. While the control showed a growth inhibition at higher auxin concentrations, the amiTIR/AFB transgenic lines were resistent. Analyses of GH3::GUS expression revealed a strong localized auxin biosynthesis in amiTIR/AFB plants that clearly deviated from the one observed in the control.


SWD-Schlagwörter: Physcomitrella patens
Freie Schlagwörter (deutsch): Cytokinin , Auxin
Freie Schlagwörter (englisch): cytokinin , auxin
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: 29.11.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 01.12.2010
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