@phdthesis{Bieber2013,
  author    = {Bieber, Michael},
  title     = {Funktionelle Charakterisierung zweier Lipid Transfer Proteine in der Arabidopsis thaliana Pathogenantwort},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-97682},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die Multigenfamilie der Lipid Transfer Proteine (LTP) stellt eine Gruppe von kleinen Proteinen dar, welche in allen h{\"o}heren Landpflanzen vorkommen. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana werden 92 Proteine zur Klasse der LTPs gez{\"a}hlt. Die Benennung der Proteinfamilie basiert auf dem beobachteten in vitro Transfer von Lipiden zwischen zwei Membranen. Alle LTPs weisen ein konserviertes, 8 Cysteine beinhaltendes Motiv und eine hydrophobe Tasche auf, welche f{\"u}r die Bindung hydrophober Molek{\"u}le verantwortlich ist. Aufgrund ihrer Signalsequenz werden LTPs {\"u}ber den sekretorischen Weg in den extrazellul{\"a}ren Raum geschleust. F{\"u}r einige pflanzliche LTPs konnte eine derartige Sekretion bereits nachgewiesen werden. F{\"u}r andere LTPs wird eine Funktion in der Kutinbildung, der Embryogenese oder der pflanzlichen Immunantwort gegen Phytopathogene postuliert. Letzteres wurde f{\"u}r DIR1 (DEFECTIVE IN INDUCED RESISTANCE 1) und AZI1 (AZELAIC ACID INDUCED 1) nachgewiesen, w{\"a}hrend von LTPIV.4 (At4g55450) nur bekannt ist, dass die Expression spezifisch in Antwort auf Pathogene induziert ist. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Funktion von LTPIV.4 und AZI1 in Bezug auf die pflanzliche Pathogenantwort in Arabidopsis thaliana untersucht. Anhand von GFP-Fusionsproteinen konnte f{\"u}r LTPIV.4 und AZI1 eine Endoplasmatische Retikulum-Lokalisierung detektiert werden. Auch eine gewebespezifische Promotoraktivit{\"a}t von LTPIV.4 an den Leitgeweben und in jungen sich entwickelnden Bl{\"a}ttern konnte identifiziert werden. Diese Erkenntnisse lassen darauf schließen, dass LTPIV.4 m{\"o}glicherweise an der Signaltransduktion am/im Leitgewebe mitverantwortlich ist. Im Fokus dieser Arbeit stand die spezifische Einordnung von LTPIV.4 in der Ausbildung der lokalen bzw. systemischen Immunantwort von Arabidopsis thaliana. Anhand einer Infektion von Wildtyppflanzen und LTPIV.4 Mutanten mit zwei verschiedenen Pseudomonasst{\"a}mmen konnte eine LTPIV.4-abh{\"a}ngige Steigerung der pflanzlichen Resistenz gegen die biotrophen Bakterien nachgewiesen werden. In der Resistenz gegen den nekrotrophen Pilz Sclerotinia hingegen zeigte sich keine LTPIV.4 Abh{\"a}ngigkeit. Da die Hormone Salicyls{\"a}ure (SA) und Jasmons{\"a}ure (JA) in der Ausbildung der pflanzlichen Abwehr gegen verschiedene Pathogene wichtig sind, wurden die Hormonlevel von SA und JA in ltpIV.4, 35S::LTPIV.4 sowie in Wildtyppflanzen analysiert. Die untersuchten Phytohormongehalte zeigten eine LTPIV.4 unabh{\"a}ngige, schnelle Akkumulation von SA nach der Infektion mit virulenten (vir) Pseudomonas syringae pv. maculicola (Psm) und eine sp{\"a}tere Erh{\"o}hung der JA-Gehalte. Es konnte somit kein regulatorischer Effekt von LTPIV.4 auf die SA- sowie die JA-Gehalte detektiert werden. Die Expression von SAG13 (SENESCENCE-ASSOCIATED GENE 13) und OXI1 (OXIDATIVE SIGNAL-INDUCIBLE 1), welche eine Funktion im programmierten Zelltod (PCD) haben beziehungsweise durch oxidativen Stress induziert werden, war hingegen erh{\"o}ht in konstitutiv LTPIV.4 exprimierenden Pflanzen, verglichen mit dem Wildtyp von LTPIV.4. Als ein weiterer Ansatzpunkt f{\"u}r die funktionelle Charakterisierung von LTPIV.4 wurde die in vitro Identifizierung m{\"o}glicher Substrate mittels Lipid-Protein-Interaktionsanalysen, sowie einer unspezifischen Metabolomanalyse herangezogen. Bei den Interaktionsanalysen konnten Phosphatids{\"a}uren (PA), Phosphatidylglycerine (PG), Monogalactosyldiacylglycerole (MGDG) und auch Digalactosyldiacylglycerole (DGDG) als Interaktionspartner von LTPIV.4 identifiziert werden. Die Metabolomanalyse zeigte einen quantitativen Unterschied zwischen Wildtyp/35S::LTPIV.4 und ltpIV.4 bei einigen MGDG, DGDG und PG Spezies. Aus den in dieser Arbeit gewonnen Daten l{\"a}sst sich somit schließen, dass LTPIV.4 nach Pathogen/Schaden-assoziierte molekulare Muster- (PAMP/ DAMP-) Erkennung, z.B. von Psm, SA-abh{\"a}ngig vermehrt gebildet wird. Da die konstitutive Expression von LTPIV.4 sowohl zu erh{\"o}hter OXI1 und SAG13 Expression als auch zu erh{\"o}hter Resistenz gegen{\"u}ber Psm f{\"u}hrt, l{\"a}sst sich ein Modell aufstellen, in dem LTPIV.4 als positiver Regulator des PCD die Pathogenresistenz von Arabidopsis erh{\"o}ht. Der zugrunde liegende Mechanismus ist unbekannt. Die Bindung von PAs, PGs, MGDGs und DGDGs an LTPIV.4 in vitro k{\"o}nnte darauf hindeuten, dass auch in vivo hydrophobe Molek{\"u}le gebunden und m{\"o}glicherweise transportiert werden und dies ein Teil der Pathogenantwort ist. Es w{\"a}re z.B. denkbar, dass eine m{\"o}gliche Translokation von LTPIV.4 {\"u}ber das ER in das Zytoplasma oder den apoplastischen Raum erfolgt. Dort interagiert LTPIV.4 mit durch ROS gebildeten, oxidierten Lipiden oder DAMPs und l{\"o}st entweder symplastisch durch eine Interaktion in der Infizierten Zelle oder in intakten Nachbarzellen durch eine weitere Signaltransduktionskaskade den PCD sowie eine erh{\"o}hte ROS Bildung aus, oder das LTP interagiert spezifisch mit oxidierten Lipiden oder DAMPs von abgestorbenen Nachbarzellen, und l{\"o}st eine intrazellul{\"a}re Signalkaskade mit Initiierung des PCD sowie erh{\"o}hter ROS-Bildung aus. AZI1 wurde als zweites LTP in dieser Arbeit einbezogen. Ausgehend von der Beobachtung, dass die konstitutive Expression von AZI1 die Resistenz gegen das nekrotrophe Pathogene Botrytis cinerea erh{\"o}ht, sollte in der vorliegenden Arbeit detailiert untersucht werden, ob AZI1 eine Rolle in der Resistenz gegen das nekrotrophe Pathogen Sclerotinia sclerotiorum spielt. Die azi1-1 Mutante zeigte hierbei jedoch eine erh{\"o}hte Resistenz gegen den nekrotrophen Pilz Sclerotinia sclerotiorum. Da bisher keine Unterschiede in der Genexpression von spezifischen Markergenen in WT und azi1-1 Pflanzen nach Sklerotiniainfektion festgestellt werden konnte und es auch f{\"u}r LTPs bekannt ist, dass sie eine Rolle in der Kutikulasynthese spielen, w{\"a}re eine Hypothese, dass die unterschiedlichen Infektionsph{\"a}notypen mit Sclerotinia und Botrytis auf eine strukturelle Ver{\"a}nderung der Kutikulabeschaffenheit zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Weiterhin konnte f{\"u}r AZI1 eine m{\"o}gliche Rolle in der Verwundungsantwort detektiert werden, da sowohl die AZI1 Genexpression, als auch die erhaltenen basal signifikant erh{\"o}hten 12-oxo-Phytodiens{\"a}ure (OPDA)-Gehalte auf eine negativ regulatorische Rolle von AZI1 in der Verwundungs-abh{\"a}ngigen JA-Signaltransduktion hindeuten.},
  subject      = {Lipid-Carrier-Proteine},
  language  = {de}
}