@phdthesis{Langer2003,
  author    = {Langer, Katharina},
  title     = {K+-Hom{\"o}ostase und kaliumabh{\"a}ngige Xylogenese in Populus tremula L. x Populus tremuloides Michx},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7068},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Mit molekularbiologischen und biophysikalischen Analysen sowie immunologischen Nachweisen wurden Grundlagen des kaliumabh{\"a}ngigen Holzwachstums erforscht. Aus Holz-Kambium-Bast-Gewebe wurden mit PTK2 (Populus tremula K+ channel 2), KPT1 (K+ channel Populus tremula 1) und PtKUP1 (Populus tremula K+ uptake transporter 1) drei Volll{\"a}ngen putativer Kaliumtransporter isoliert. PTK2 ließ sich anhand der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenz der AKT2/3-Unterfamilie und KPT1 dem KAT1-Subtyp der Shaker-Familie zuordnen, w{\"a}hrend sich PtKUP1 in die Familie der KT/KUP/HAK-Transporter einreihte. Ein direkter Zusammenhang zwischen Kaliumtransport und holzbildenden Zellen konnte durch Verringerung der Gef{\"a}ßweiten und signifikante Schrumpfung der Streckungszone nach lokal begrenzter Applikation des Kaliumkanalblockers TEA+ sowie durch Kaliumlimitierende Bedingungen hergestellt werden. Die Transkripte von PTK2 und PTORK (Populus tremula outward rectifying K+ channel) wurden in den Leitgeweben des Stammes, dort besonders im Phloem und in Schließzellen lokalisiert. KPT1 wurde fast ausschließlich in den Schließzellen nachgewiesen. Die mRNA von PtKUP1 war ubiquit{\"a}r in geringen Mengen vorhanden. Funktionell wurde PTK2 als schwach spannungsabh{\"a}ngiger, K+-selektiver, nicht-gleichrichtender Kaliumkanal charakterisiert. Wie AKT2/3-{\"a}hnliche Kaliumkan{\"a}le, wurde PTK2 durch Protonen und spannungsabh{\"a}ngig durch Calcium geblockt. KPT1 und PtKUP1 komplementierten einen Bakterienstamm in seiner Kalium-Aufnahmedefizienz und repr{\"a}sentieren demnach Kalium-Aufnahmesysteme. In Protoplasten einer Pappel-Suspensionskultur konnte ein ausw{\"a}rtsgleichrichtender, kalium- und spannungsabh{\"a}ngiger, K+-Kanal nachgewiesen werden. Dieser Ausw{\"a}rtsgleichrichter zeigte langsame, sigmoidale Aktivierungskinetiken, {\"a}hnlich den Kaliumstr{\"o}men PTORK-exprimierender Oocyten. Des Weiteren wurde in der Suspensionskultur ein einw{\"a}rtsgleichrichtender, spannungsabh{\"a}ngiger K+-selektiver Kanal detektiert, der, wie PTK2 in Xenopus-Oocyten, spannungsabh{\"a}ngig durch Calcium geblockt wurde. Nach Zugabe extrazellul{\"a}ren C{\"a}siums kam der Einw{\"a}rtsstrom vollst{\"a}ndig zum Erliegen. F{\"u}r alle drei Kaliumkan{\"a}le der Pappel sowie den Kalium-Carrier wurden die Promotorregionen isoliert. Sie enthielten Motive f{\"u}r licht- und temperaturabh{\"a}ngige Transkription, gewebespezifische Expression im Leitgewebe, in Schließzellen und in Wurzeln, sowie hormonabh{\"a}ngige Transkription. Die Genaktivit{\"a}ten von PTORK und PTK2 wurden nach Transformation von A. thaliana mit geeigneten Promotor-GUS-Konstrukten im Phloem und Xylemparenchym von Blattstielen nachgewiesen. Erstmals f{\"u}r Pflanzen wurden mit PTORK und PTK2 Kaliumkanal-Proteine immunologisch durch Antik{\"o}rper in Phloem- und Strahlzellen w{\"a}hrend des aktiven Holzwachstums lokalisiert. W{\"a}hrend PTK2 gleichm{\"a}ßig in den Strahlzellen verteilt war, wurde im gleichen Zelltyp f{\"u}r PTORK eine polare Anordnung zu den angrenzenden Gef{\"a}ßen hin beobachtet. Um die verschiedenen Kaliumtransporter mit der kambialen Aktivit{\"a}t und dem Holzwachstum zu verkn{\"u}pfen, wurden die Expressionsprofile mit jahreszeitlichen {\"A}nderungen der Kaliumgehalte im Stamm verglichen. Die Transkriptanalyse von PTORK, PTK2, KPT1 und PtKUP1 {\"u}ber den Zeitraum eines Jahres in Stamm- und Blattknospen zeigte eine transkriptionelle Korrelation von PTORK und PTK2 mit der saisonal begrenzten Holzbildung. Ihre hohen Transkriptmengen im Herbst lassen, zusammen mit ihrer Lokalisation im Leitgewebe und ihren funktionellen Eigenschaften, auf eine Beteiligung der beiden Kaliumkan{\"a}le an Speicherungsvorg{\"a}ngen in die lebenden Mark- und Baststrahlen im Herbst schließen. Im Fr{\"u}hjahr dagegen, wenn sich die Kaliumstr{\"o}me umkehren, um „sink"-Gewebe mit Kalium zu versorgen, wird das Kalium vermutlich haupts{\"a}chlich {\"u}ber PTK2, der dann maximal exprimiert wird, aus den Strahlen und Gef{\"a}ßen zu den Meristemen in Stamm und Knospen transportiert. Die haupts{\"a}chlich in Schließzellen lokalisiert KPT1 wurde zur Knospen{\"o}ffnung transient induziert. Damit k{\"o}nnte gesichert werden, dass ausreichend osmotisch aktives Kalium f{\"u}r Zellexpansion und Stoma{\"o}ffnung in die Schließzellen gelangt. PtKUP1 war in allen Geweben w{\"a}hrend des gesamten Jahres niedrig exprimiert und sichert daher vermutlich eine Kaliumversorgung auch unter limitierenden Bedingungen. Zur Vermehrung und Schaffung neuen Pflanzenmaterials wurde eine sterile Agarkultur aus P. tremula x P. tremuloides sowie eine Pappel-Suspensionskultur aus oberirdischem, sich teilendem Sprossgewebe etabliert. Die Expressionsanalyse der Zellkultur deutete auf eine Ausstattung an Kaliumkan{\"a}len wie in Wurzelhaaren hin, mit hohen Transkriptzahlen f{\"u}r PTORK, geringer Expression von PTK2 und geringsten PtKUP1-Transkripten.},
  subject      = {Pappel},
  language  = {de}
}