@phdthesis{Huerter2019,
  author    = {H{\"u}rter, Anna-Lena},
  title     = {Funktion von Anionenkan{\"a}len bei der Entwicklung der Wurzelkn{\"o}llchen- und Arbuskul{\"a}ren Mykorrhiza-Symbiose in \(Medicago\) \(truncatula\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-15841},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158419},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Bei der arbuskul{\"a}ren Myorrhiza-Symbiose (AM) und der Wurzelkn{\"o}llchen-Symbiose (RNS) handelt es sich um symbiotische Interaktionen, die einen großen Vorteil f{\"u}r Pflanzenwachstum und kultivierung mit sich bringen. W{\"a}hrend bei der AM Pilze die Pflanze mit verschiedenen N{\"a}hrstoffen aus dem Boden versorgen, stellen die in den Wurzelkn{\"o}llchen lokalisierten Rhizobien der Pflanze fixierte Stickstoffverbindungen zur Verf{\"u}gung. Folglich ist es von großem Interesse, die Entwicklung dieser Symbiosen im Detail zu verstehen. F{\"u}r die Erkennung der arbuskul{\"a}ren Mykorrhiza-Pilze und der Stickstoff-fixierenden Rhizobien durch die Pflanze sind l{\"o}sliche symbiotische Signalmolek{\"u}le essentiell, die zu der Gruppe der Lipochitinoligosaccharide (LCOs) geh{\"o}ren. W{\"a}hrend der Entwicklung der AM und der RNS erkennen die Pflanzenwurzeln diese LCOs {\"u}ber Lysin-Motiv-Rezeptor-{\"a}hnliche Kinasen der Plasmamembran. Eine der ersten Antworten der Wurzelzellen auf Nod-LCOs ist eine Depolarisierung des Membranpotentials. An dieser Antwort sind mit großer Wahrscheinlichkeit Anionenkan{\"a}le der Plasmamembran beteiligt, da sie auch bei Depolarisierungen als Antwort auf andere Stimuli bzw. Stressantworten involviert sind. In Arabidopsis stellt die S-Typ-Familie eine bedeutende Gruppe von Anionenkan{\"a}len dar, die von Calcium-abh{\"a}ngigen Kinasen (CPKs) aktiviert werden. Da Nod-LCOs repetitive Ver{\"a}nderungen des zytosolischen Calcium-Levels induzieren, wurde in dieser Arbeit die Hypothese aufgestellt, dass Calcium-Signale CPKs aktivieren. CPKs sorgen im Gegenzug f{\"u}r die Stimulation von S-Typ-Anionenkan{\"a}len in Wurzelzellen. Die {\"A}nderungen des Membranpotentials in M. truncatula-Wurzelhaarzellen als Antwort auf Nod- und Myc-LCOs wurden mittels intrazellul{\"a}rer Mikroelektroden analysiert. Es wurde gezeigt, dass Nod-LCOs in M. truncatula-Wurzelhaarzellen eine Depolarisierung des Membranpotentials induzieren. Doch Wurzelhaarzellen reagieren nicht nur auf Nod-LCOs. So konnte in dieser Studie zum ersten Mal eine Depolarisierung als Antwort auf sulfatisierte Myc-LCOs nachgewiesen werden. Eine zweite Gruppe von Myc-LCOs, denen die Sulfatgruppe fehlt, l{\"o}ste keine Reaktion des Membranpotentials aus. Diese Daten deuten darauf hin, dass Wurzelhaarzellen f{\"u}r die Erkennung von sulfatisierten LCOs von symbiotischen Pilzen und Bakterien dasselbe Perzeptionssystem nutzen. Diese Schlussfolgerung wird von Experimenten unterst{\"u}tzt, in denen vor der Stimulation durch Nod-LCOs ein sulfatisierter Myc-LCO hinzugegeben wurde. Diese sukzessive Zugabe von zwei Stimuli f{\"u}hrte zu einer einzigen Depolarisierung. Die sulfatisierten Myc-LCOs unterdr{\"u}ckten die Antwort des Membranpotentials auf Nod-LCOs. Die Beziehung zwischen Nod-LCO-induzierten zytosolischen Calcium-Signalen und {\"A}nderungen des Membranpotentials wurde mit einer Kombination aus intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden und Imaging eines Calcium-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffs analysiert. In Messungen der zytosolischen Calcium-Konzentration wurde keine transiente Zunahme innerhalb der ersten vier Minuten nach der Applikation der Nod-LCOs beobachtet. Die durch Nod-LCOs induzierten Depolarisierungen traten fr{\"u}her auf und erreichten ihr Maximum normalerweise nach drei Minuten. Demnach geht die Depolarisierung des Membranpotentials den zytosolischen Calcium-Signalen voraus. Diese Beobachtung wurde von simultanen Messungen beider Antworten best{\"a}tigt. Um der M{\"o}glichkeit einer Beteiligung von S-Typ-Anionenkan{\"a}len an der LCO-abh{\"a}ngigen Depolarisierung nachzugehen, wurden zwei in den Wurzeln exprimierte M. truncatula-Orthologe der AtSLAC1-Anionenkanal-Familie identifiziert. Die klonierten Anionenkan{\"a}le, MtSLAC1, MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B zeigten bei der Untersuchung in Xenopus-Oozyten die typischen Charakteristika von S-Typ-Anionenkan{\"a}len. So konnte gezeigt werden, dass MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B eine Proteinkinase sowie externes Nitrat zur Aktivierung ben{\"o}tigen. Außerdem zeichnen sie sich durch eine sehr viel h{\"o}here Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Nitrat im Vergleich zu Chlorid aus. {\"A}hnlich wie bei AtSLAH3 macht eine Koexpression mit AtSLAH1 genau wie eine intrazellul{\"a}re Azidifikation MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B zu Anionenkan{\"a}len, die unabh{\"a}ngig von externem Nitrat und einer Phosphorylierung durch eine Proteinkinase aktiv sind. Weil S-Typ-Anionenkan{\"a}le eine hohe Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Nitrat aufweisen, wurde der Einfluss von {\"A}nderungen der extrazellul{\"a}ren Anionenkonzentration auf die Nod-LCO-induzierte Depolarisierung analysiert. Es stellte sich heraus, dass eine Verringerung der extrazellul{\"a}ren Nitratkonzentration die Antwort beschleunigt. Eine Erh{\"o}hung der extrazellul{\"a}ren Chlorid- und Sulfatkonzentration hingegen f{\"u}hrte zu einer Verst{\"a}rkung der Depolarisierung. Diese Beobachtung spricht daf{\"u}r, dass andere Anionenkanal-Typen wie ALMT-Kan{\"a}le an der Depolarisierung des Membranpotentials durch LCOs beteiligt sind. Die Daten dieser Arbeit zeigen eine Abh{\"a}ngigkeit der Nod-LCO-induzierten {\"A}nderungen des Membranpotentials vom M. truncatula-Genotyp. Neben Nod-LCOs l{\"o}sen auch sulfatisierte Myc-LCOs eine Depolarisierung des Membranpotentials aus. Vermutlich werden sulfatisierte Nod- und Myc-LCOs von demselben Rezeptorsystem erkannt. Die Nod-LCO-induzierte Depolarisierung ist unabh{\"a}ngig von {\"A}nderungen des zytosolischen Calcium-Levels. Folglich sind in die Depolarisierung keine S-Typ-Anionenkan{\"a}le involviert, die ausschließlich durch Calcium-abh{\"a}ngige Protein-Kinasen aktiviert werden. Interessanterweise lassen sich die MtSLAH2-3-Anionenkan{\"a}le aus M. truncatula im Gegensatz zu AtSLAH3 von Calcium-unabh{\"a}ngigen SnRK2/OST1-Proteinkinasen aktivieren. Dies erm{\"o}glicht die Aktivierung der MtSLAH2-3-Anionenkan{\"a}le in Abwesenheit eines Calcium-Signals. In weiterf{\"u}hrenden Studien sollten die Genexpressionsprofile von Calcium-unabh{\"a}ngigen Proteinkinasen wie SnRK2 und S-Typ-Anionenkan{\"a}len aus M. truncatula sowie deren Interaktionen untersucht werden. So k{\"o}nnte eine Aussage dar{\"u}ber getroffen werden, ob diese Proteinkinasen die Anionenkan{\"a}le MtSLAH2-3 Nod-LCO-spezifisch aktivieren. Außerdem w{\"a}re es von großem Interesse, verschiedene M. truncatula-Mutanten zu untersuchen, denen Gene f{\"u}r MtSLAH2-3A, MtSLAH2-3B und R-Typ-Anionenkan{\"a}le fehlen. Diese Experimente k{\"o}nnten zur Identifizierung von Genen f{\"u}hren, die an der fr{\"u}hen Entwicklung der Symbiose beteiligt sind und erkl{\"a}ren, warum nur eine kleine Gruppe von Pflanzen dazu in der Lage ist, eine RNS einzugehen, w{\"a}hrend die AM im Pflanzenreich weit verbreitet ist.},
  subject      = {Schneckenklee},
  language  = {de}
}