@phdthesis{Mishina2007,
  author    = {Mishina, Tatiana E.},
  title     = {Mechanisms of local and systemic defences in Arabidopsis thaliana in response to host and non-host strains of Pseudomonas syringae},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-23160},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Stickstoffmonooxid (NO) wird als wichtige Signalkomponente bei der Entwicklung der Hypersensitiven Reaktion beschrieben. Außerdem wird NO eine Rolle als Signalmolek{\"u}l bei der Expression von Abwehrgenen wie PR-1, PAL1 oder Chalkonsynthase (CHS) und bei der Akkumulation von Salicyls{\"a}ure zugeordnet (Durner et al., 1998). In der vorliegenden Arbeit wurden transgene Pflanzen mit ver{\"a}nderten endogenen NO-Spiegeln verwendet, um die Rolle von NO in Pflanze-Pathogen-Interaktionen zu untersuchen. Arabidopsis-Pflanzen, die aufgrund der Expression einer NO Dioxygenase erniedrigte NO-Gehalte aufweisen, zeigen nach einem Angriff avirulenter Pathogene einen abgeschw{\"a}chten oxidative burst und eine reduzierte Expression von Genen des Phenylpropanbiosyntheseweges. Weitere Experimente mit transgenen Pflanzen, die eine bakterielle NO-Synthase exprimieren, legen nahe, dass eine konstitutive Erh{\"o}hung der NO-Spiegel nicht zu einer konstitutiv verst{\"a}rkten Pathogenabwehr f{\"u}hrt. M{\"o}glicherweise ist eine graduelle Steigerung der NO-Gehalte nach Pathogenkontakt f{\"u}r die Induktion pflanzlicher Abwehrreaktionen erforderlich. Im Gegenteil, die NOS-exprimierenden Pflanzen waren anf{\"a}lliger gegen bakterielle Pathogene als Wildtyp-Pflanzen und zeigten eine abgeschw{\"a}chte SAR-Reaktion. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass NO eine wichtige Rolle bei der Regulation des Redoxstatus in der Pflanzenzelle spielt. Diese Funktion von NO ist wichtig beim Seneszenzvorgang. Entsprechend der Ergebnisse dieser Arbeit kann NO als negativer Regulator der Blattseneszenz angesehen werden. Die Wirkungsweise von NO auf molekularer Ebene und die Signalkaskaden, in die NO involviert ist, sind immer noch nicht ausreichend verstanden. In zuk{\"u}nftigen Experimenten wird es notwendig sein, die selektive Quantifizierung von NO in intaktem Pflanzengewebe zu gew{\"a}hrleisten, die Proteintargets von NO zu identifizieren und die Struktur und Funktion NO-modifizierter Biomolek{\"u}le zu entschl{\"u}sseln, um die Rolle von NO in Pflanze-Pathogen-Wechselwirkungen besser verstehen zu lernen. Die Nichtwirtsresistenz beruht auf mehreren Verteidigungsebenen, welche konstitutive und induzierte Komponenten beinhalten. Die Bedeutung induzierter Abwehrreaktionen f{\"u}r die Nichtwirtsresistenz gegen bakterielle Pathogene ist nicht vollst{\"a}ndig klar. Die Daten der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass das Wachstum von Nichtwirtsbakterien in Arabidopsis-Bl{\"a}ttern durch vorgebildete toxische Substanzen und durch induzierte Zellwandverst{\"a}rkungen gehemmt wird. Nichtwirtsbakterien verursachen eine schnelle Induktion der Expression der Ligninbiosynthesegene PAL1 und BCB, die unabh{\"a}ngig vom Typ III-Sekretionssystem ist und m{\"o}glicherweise zur Papillenbildung beitr{\"a}gt. Dar{\"u}ber hinaus ist die {\"U}berlebensrate der Nichtwirtsbakterien in den extrazellul{\"a}ren R{\"a}umen der Arabidopsis pal1-Mutante h{\"o}her als in Wildtyp-Pflanzen, was die funktionelle Bedeutung der PAL1-Expression bei der Nichtwirtsresistenz verdeutlicht. Außerdem zeigen die Experimente, dass Nichtwirtsbakterien in {\"a}hnlicher Weise wie Wirtsbakterien die Akkumulation von Salicyls{\"a}ure und die Expression von PR-Genen induzieren. Die Induktion dieser Abwehrkomponenten ist abh{\"a}ngig von einem intakten Typ III-Sekretionssystem. Die Signalwege, auf denen nach Kontakt mit Nichtwirtsbakterien und Wirtsbakterien Abwehrreaktionen induziert werden, sind {\"a}hnlich. Es wurden jedoch zwischen zwei verschiedenen Nichtwirtsst{\"a}mmen auch unterschiedliche Signalwege aktiviert, was m{\"o}glicherweise auf ein unterschiedliches Repertoire von TypIII-Effektoren der beiden St{\"a}mme zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Trotz der Aktivierung dieser induzierten Abwehr zeigen Experimente mit klassischen Abwehrmutanten, dass SA- und JA-abh{\"a}ngige Abwehrreaktionen nicht direkt zur Nichtwirtsresistenz gegen P. syringae beitragen. Weiterhin zeigt diese Arbeit, dass die Nichtwirtsresistenz des Arabidopsis-{\"O}kotyps Col-0 effektiver ist als die des Ler-0-{\"O}kotyps, obwohl bei letzterem die Resistenz gegen virulente Bakterien h{\"o}her ist. Diese Unterschiede scheinen nicht mit der unterschiedlichen Glucosinolatzusammensetzung der beiden {\"O}kotypen im Zusammenhang zu stehen. Um das Verst{\"a}ndnis der Nichtwirtsresistenz von Arabidopsis gegen{\"u}ber P. syringae zu verbessern, k{\"o}nnen in zuk{\"u}nftigen Experimenten Doppel- und Triplemutanten hergestellt werden, die gleichzeitig Defekte in der zellwandabh{\"a}ngigen Abwehr (Lignin- und Callosebiosynthese) und in klassischen, SA-abh{\"a}ngigen Abwehrreaktionen aufweisen. Auch k{\"o}nnen Analysen des Genom-Polymorphismus und der Zusammensetzung von Sekund{\"a}rmetaboliten in den {\"O}kotypen Ler-0 und Col-0 zu einem besseren Verst{\"a}ndnis der Nichtwirtsresistenz f{\"u}hren. Die Resultate dieser Arbeit zeigen, dass ein lokaler, symptomfreier Kontakt von Arabidopsis-Bl{\"a}ttern mit Nichtwirtsbakterien, TTSS-defiziente Bakterien und allgemeine bakterielle Elicitoren (PAMPs) wie Flagellin und Lipopolysaccharide die systemisch erworbene Resistenz innerhalb der Gesamtpflanze hervorrufen. Die symptomlose systemische Resistenzreaktion findet in SAR-defizienten Mutanten nicht statt, wird jedoch in der Jasmonat-insensitiven jar1-Mutante, die keine ISR-Reaktion ausbilden kann, beobachtet. Durch Behandlung von Arabidopsis-Bl{\"a}ttern mit unterschiedlichen Inokuli von virulenten oder avirulenten P. syringae-St{\"a}mmen wurde auch eine deutliche Korrelation des Ausmaßes der SAR-Induktion mit der H{\"o}he der SA-Akkumulation oder der PR-Genexpression, aber nicht mit der Nekrosenbildung oder der JA-Produktion, am Infektionsort festgestellt. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass nicht die Hypersensitive Reaktion oder Gewebenekrosen, sondern m{\"o}glicherweise die St{\"a}rke bestimmter Abwehrreaktionen am Ort der Inokulation zur Ausl{\"o}sung der SAR beitragen. Die Befunde, dass die systemische Resistenz auch durch PAMPs und durch TTSS-defekte P. syringae-St{\"a}mme erh{\"o}ht wird, verdeutlicht die wichtige Rolle von allgemeinen Elicitoren bei der SAR-Induktion. In k{\"u}nftige Experimenten kann untersucht werden, ob verschiedene PAMPs die SAR in synergistischer Weise induzieren und ob allgemeine Elicitoren pilzlicher Herkunft SAR ausl{\"o}sen k{\"o}nnen. Weiterhin k{\"o}nnen die molekulare Prozesse spezifiziert werden, die stromabw{\"a}rts von PAMP-Erkennungsprozessen f{\"u}r die SAR-Ausbildung notwendig sind. In weiteren Experimenten k{\"o}nnte die Hypothese {\"u}berpr{\"u}ft werden, ob einzelner PAMPs als mobile SAR-Langstreckensignale fungieren k{\"o}nnen. Durch phytopathologische Charakterisierung von T-DNA-Knockout-Linien, die Defekte in Genen aufweisen, welche in Arabidopsis nach einer P. syringae-Infektion aufreguliert werden, konnte das FLAVIN-DEPENDENT MONOOXYGENASE1 (FMO1)-Gen als notwendige Komponente der SAR in Arabidopsis identifiziert werden. So bleiben die im Wildtyp induzierten systemischen Abwehrreaktionen und die Erh{\"o}hung der systemischen Resistenz nach lokaler Inokulation mit P. syringae in fmo1-Knockout-Pflanzen vollst{\"a}ndig aus. Weiterhin korreliert die systemische Expression des FMO1-Gens eng mit der SAR-Induktion. So gibt es bei allen Abwehrmutanten, die keine SAR nach Kontakt mit P. syringae ausbilden k{\"o}nnen, keine FMO1-Expression in distalen Bl{\"a}ttern inokulierter Pflanzen. Umgekehrt verh{\"a}lt es sich mit Arabidopsis-Linien, die die SAR ausbilden. Die erhaltenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass FMO1 eine wichtige Komponente eines Signalverst{\"a}rkungszyklus darstellt, der in nichtinfizierten, systemischen Teilen der Pflanze wirkt, um die SAR zu erm{\"o}glichen. In k{\"u}nftigen Experimenten soll der postulierte Amplifizierungsmechanismus experimentell verifiziert werden. Die Konstruktion von transgenen Linien, die ein FMO1:GFP-Fusionsprodukt exprimieren, kann Informationen {\"u}ber die zellu{\"a}re Lokalisation des FMO1-Proteins liefern. Weiterhin k{\"o}nnen vergleichende Analysen der chemischen Zusammensetzung von Blattextrakten der fmo1 Knockout-Linien, von FMO1-{\"U}berexprimierern und von Wildtyp-Pflanzen zur Aufkl{\"a}rung der biochemischen Reaktion beitragen, die die FMO1-Monooxygenase katalysiert. In Anlehnung an die Funktion von yFMO, die die einzige Flavin-abh{\"a}ngige Monooxygenase der Hefe darstellt, kann {\"u}berpr{\"u}ft werden, ob FMO1 die korrekte Faltung von Proteinen am endoplasmatischen Retikulum vermittelt. Schließlich kann durch die Identifizierung weitere SAR-Gene nach der beschriebenen Strategie und durch funktionelle Charakterisierung der zugeh{\"o}rigen Proteine das Verst{\"a}ndnis der SAR-Reaktion auf molekularer Ebene weiter verbessert werden.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {en}
}