Physiologische und molekulare Charakterisierung der Beziehung zwischen Piriformospora indica und rop-Mutanten von Arabidopsis thaliana

Venus, Yvonne

Die kleinen G-Proteine (Guanine nucleotide-binding proteins) der ROP-Familie (RHO of plants) kontrollieren in Pflanzen eine Vielzahl lebenswichtiger Signalwege. Sie sind z. B. an Wachstumsprozessen, der Regulation des Aktinzytoskeletts, der Weiterleitung von Hormonsignalen und an pathogenen und nicht-pathogenen Interaktionen beteiligt (Berken, 2006; Nibau et al., 2006). Die Interaktion mit dem endophytisch lebenden Pilz Piriformospora indica führt in Arabidopsis thaliana zu einer Zunahme der Biomasse (Pĕskan-Berghöfer et al., 2004; Shahollari et al., 2005). Die Kultivierung homozygoter rop1-, rop6- und rop1rop6-knock-out-Mutanten mit dem Pilz auf einem speziellen Nährmedium führte zu einer wesentlich geringeren Zunahme des Spross- und Wurzelwachstums. Auch rop1- und rop6-Überexpressionsmutanten zeigten eine geringere Zunahme der Biomasse als der Wildtyp. Bei einer Kultivierung in Erde wiesen die Mutanten rop1 und rop1rop6 eine Verzögerung des Sprosswachstums auf. Die Knock-out-Mutation des ROP-Effektors RIC4 (ROP-interactive CRIB motif-containing protein) (Wu et al., 2001) beeinflusst die Reaktion auf P. indica ebenfalls negativ. In allen Mutanten konnten Sporen nachgewiesen werden, wobei der Grad der Besiedelung bei einer Kultivierung in Erde deutlich höher war als bei einer Kultivierung auf Nährmedium. Die Interaktion mit P. indica führte in Arabidopsis zu Veränderungen der Genexpression. Verschiedene aus der Pathogenabwehr bekannten Gene wie gstf3 (Glutathion-S-Transferase3) oder cbp60g (calmodulin-binding protein 60g) zeigten in den knock-out-Mutanten rop1, rop6 und rop1rop6 eine veränderte Regulation im Vergleich zum Wildtyp. Die Visualisierung des F-Aktins offenbarte die verstärkte Bildung von Aktinbündeln in den Wurzeln des Wildtyps durch die Kultivierung mit P. indica. Die rop1- und rop6-knock-out-Mutanten wiesen eine reduzierte Anzahl von Aktinbündeln unabhängig von der Kultivierung mit dem Pilz auf. In der Doppelmutante waren Aktinbündel nicht nachweisbar, was zu der Annahme führte, dass rop1 und rop6 für die Bildung von Aktinbündeln essentiell sind. Der aus P. indica isolierte Zellwandextrakt löst einen schnellen Ca2+-Einstrom in die Wurzelzellen aus (Vadassery et al., 2009a). Es konnte nachgewiesen werden, dass ROP1 und ROP6 an diesem Ca2+-Einstrom nicht beteiligt sind. Die knock-out-Mutationen bzw. die Überexpression von rop1 und rop6 führten zu Veränderungen der Wurzelhaarmorphologie, wodurch u. a. eine erhöhte Anzahl verzweigter Wurzelhaare auftrat und die Keimung insbesondere durch die rop1-knock-out-Mutation gefördert wurde.

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Venus, Yvonne: Physiologische und molekulare Charakterisierung der Beziehung zwischen Piriformospora indica und rop-Mutanten von Arabidopsis thaliana. 2011.

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