@phdthesis{Jeworutzki2009,
  author    = {Jeworutzki, Elena},
  title     = {Elektrophysiologische Untersuchungen zur fr{\"u}hen Erkennungsphase zwischen Pflanzen und Mikroorganismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-47489},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {An der pflanzlichen Plasmamembran geschieht die erste Wahrnehmung von mikrobiellen Molek{\"u}len, die MAMPs genannt werden. MAMP/PAMP Rezeptoren leiten fr{\"u}he Abwehrantworten, wie die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), externe Alkalisierung oder Ethylen, ein. Die Arabidopsis FLS2 rezeptorartige Kinase (RLK) stellt einen plasmamembran-lokalisierten MAMP Rezeptor dar, der {\"u}ber die Detektion des Flagellum von Pseudomonas species, eine basale Immunit{\"a}t in Arabidopsis thaliana vermittelt. Flg22, der k{\"u}rzeste aktive Teil des bakteriellen Flagellins besteht aus 22 Aminos{\"a}uren und ist der bestuntersuchte bakterielle Elizitor. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir eine starke Beteiligung von Ionenfl{\"u}ssen in der Initiationsphase der basalen Immunit{\"a}t. Unsere Messungen an intakten Arabidopsis Pflanzen und Pflanzengeweben sind in h{\"o}chstem Masse reproduzierbar und {\"o}ffnen eine neue Sicht, {\"u}ber die Natur von Ionentransporten in der Pflanzen - Mikroben Interaktion. Als Antwort auf die Applikation von flg22, haben wir nach einer Verz{\"o}gerungsphase von etwa 2 Minuten eine transiente, dosis-abh{\"a}ngige Depolarisation (EC50=0,2 nM) in Mesophyll- und Wurzelhaarzellen von A. thaliana messen k{\"o}nnen. Das um 2 Amins{\"a}uren k{\"u}rzere Peptid flg22 \&\#916;2 oder das Flagellin anderer Bakterien (Agrobacterium or Azospirillum) f{\"u}hrten zu keiner Membrandepolarisation. Ebenso konnten keine Membranspannungs{\"a}nderungen in dem Arabidopsis {\"O}kotypen Ws-0, dem der funktionelle FLS2 Rezeptor fehlt, detektiert werden. Die Komplementation von Ws-0 Pflanzen mit dem intakten FLS2 Rezeptorgen rief eine Resensibilisierung f{\"u}r flg22 hervor. Mit dem EF-Tu Elizitor Peptid aus E.coli, welches durch den Arabidopsis MAMP Rezeptor EFR detektiert wird, wurden {\"a}hnliche Ergebnisse erzielt. Auf der Basis von Aequorin wurden Kalzium-induzierte Lumineszenzmessungen durchgef{\"u}hrt, in denen ein transienter Anstieg der zytosolischen Kalziumkonzentration als Antwort auf die Applikation von flg22 gemessen werden konnte. Dosis-Abh{\"a}ngigkeitsmessungen von flg22 und [Ca2+]cyt wiesen zwei unterschiedliche EC50 Werte, von 43 ± 2 pM und 67 ± 42 nM, auf. M{\"o}glicherweise wird auf zwei verschiedene Kalziumpools zugegriffen oder es werden zwei verschiedene Kalziumleitf{\"a}higkeiten aktiviert. Die Ionenkanalaktivierung und folgende Depolarisation ben{\"o}tigt die aktive Rezeptorkinase. In bak1-4 Arabidopsis Pflanzen, in denen die FLS2 Untereinheit BAK1 - eine weitverbreitete RLK, die auch mit dem Brassinosteroid Rezeptor assoziiert ist - fehlt, konnte keine Depolarisation als Antwort auf flg22 gemessen werden. Arabidopsis Mesophyllzellen zeigten die typische Alkalisierung des Apoplasten als Antwort auf flg22. Nicht-invasive MIFETM Experimente mit Ionen-selektiven Elektroden ergaben, dass der pH-Anstieg durch einen Einstrom von Protonen hervorgerufen wurde. Zus{\"a}tzlich wurde ein Ausstrom von Chlorid und Kalium aufgezeichnet. {\"A}hnlich wie das Kalziumsignal waren alle detektierten Ionenstr{\"o}me von transienter Natur. Im zweiten Ansatz wurden Membranpotential-Messungen durchgef{\"u}hrt, w{\"a}hrend in der externen L{\"o}sung die Konzentrationen von Protonen, Kalzium, Kalium oder Anionen variiert wurden. Nur eine {\"A}nderung des Anionengradienten hatte einen entscheidenden Einfluss auf die flg22-induzierte Depolarisation, was die Wichtigkeit der Anionenkanalaktivierung unterstreicht. Exudat Analysen ergaben, dass Nitrat das bevorzugt transportierte Ion ist. Unter zahlreichen getesteten Ionenkanalblockern erwies sich lediglich Lanthan als effektiver Blocker des flg22-induzierten zytosolichen Kalziumanstiegs, des Protoneneinstroms und der Membrandepolarisation. Da Lanthan bekanntlich unspezifische Kationenkan{\"a}le blockt, kann man an diesem Punkt davon ausgehen, dass Kalzium-aktivierte Anionenkan{\"a}le die Membrandepolarisation vermitteln und darauf eine Aktivierung von ausw{\"a}rtsgerichteten Kaliumkan{\"a}len folgt. Zuk{\"u}nftige Studien mit Doppell{\"a}ufigen-Mikroelektroden Spannungsklemmexperimenten oder externen ionenselektiven Elektroden an intakten Schliesszellen werden helfen weitere Informationen {\"u}ber die Natur der Ionenkan{\"a}le in der basalen Immunit{\"a}t oder generell in der Pflanzen-Mikroben Interaktion zu erhalten. {\"U}ber die elektrophysiologische Charakterisierung der multiplen Ionenstr{\"o}me in der basalen Immunit{\"a}t hinaus, ist nat{\"u}rlich der n{\"a}chste wichtige Schritt das oder die Gene zu finden, die f{\"u}r die Ionenkan{\"a}le oder Transporter kodieren, die durch nicht nekrotisierende Elizitoren wie flg22 in der basalen Immunantwort in Pflanzen aktiviert werden.},
  subject      = {Calcium},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Efetova2008,
  author    = {Efetova, Marina},
  title     = {Molekulare Mechanismen einer wechselseitigen Kontrolle der Arabidopsis-Agrobacterium-Interaktion},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-28475},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Phytohormone sind wichtige Signalmolek{\"u}le bei der durch Agrobacterium tumefaciens vermittelten Tumorgenese. Zum einen sind sie direkt am onkogenen Prozess beteiligt, indem sie die Proliferation von transformierten Zellen f{\"o}rdern und physiologische Anpassungen im entstehenden Tumor steuern. Auf der anderen Seite vermitteln Phytohormone aber auch Abwehrreaktionen der Pflanze als Folge eines Befalls mit onkogenen Pathogenen. Um diese verschiedenen Wirkungen der Phytohormone w{\"a}hrend der Tumorgenese besser zu verstehen, wurde die Genexpression durch Microarrays zu unterschiedlichen Zeitpunken dieses Prozesses an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana charakterisiert und die Rolle ausgew{\"a}hlter Phytohormone, wie Abscisins{\"a}ure, Salizyls{\"a}ure, Jasmons{\"a}ure, Ethylen und H2O2 durch Mutanten in entsprechenden Signalwegen funktionell untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die bekannten Pathogenabwehrwege bei Befall durch onkogene Agrobacterien mit einer zeitlichen Verz{\"o}gerung aktiviert werden. Diese Verz{\"o}gerung wird wahrscheinlich durch das vom Bakterium abgegebene Auxin reguliert, und somit k{\"o}nnte dieses Auxin die Integration der T-DNA indirekt f{\"o}rdern. Sind die pflanzlichen Abwehrmechanismen jedoch vor dem Transformationsprozess aktiviert, wie z.B. in cpr5-Mutanten, kann die T-DNA nicht integrieren und es entsteht kein Tumor. Beim Wildtyp akkumulieren in Folge der T-DNA Integration mit Pathogenabwehr assoziierte Signalmolek{\"u}le, wie H2O2, Ethylen und Salizyls{\"a}ure, nicht aber Jasmons{\"a}ure. Die Analyse des Tumorwachstums an Mutanten mit unterschiedlichen Defekten in diesen Signalwegen zeigte jedoch, daß Ethylen und Salizyls{\"a}ure keinen Einfluß auf das Tumorwachstum haben. Vielmehr regulieren Ethylen und H2O2 morphologische Anpassungen und Adaptationen an Trockenstress in Tumoren. Die von Agrobacterium tumefaciens induzierten Tumore beziehen außer N{\"a}hrstoffe, vor allem Wasser von der Wirtspflanze. Das Fehlen einer intakten Epidermis oder Kutikula f{\"u}hrt allerdings zu unkontrolliertem Wasserverlust. Da aber weder der Tumor noch die Pflanze welken, muss eine Trockenstressadaptation stattzufinden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Phytohormone Abscisins{\"a}ure (ABA) und Ethylen an diesem Prozess beteiligt sind. Zum einen regulieren sie die Akkumulation von Osmoregulatoren, sowie Suberineinlagerungen in den {\"a}ußeren Zellschichten des Tumors, wodurch eine dem Periderm {\"a}hnliche Schutzschicht entsteht. Diese Suberinisierung wird im Tumor wahrschein-lich von ABA induziert, wie Experimente an Arabidopsis Wurzeln belegten. Die Microarray-Analysen ergaben, dass im Tumor ein spezielles Muster an ABA- und Trockenstress-induzierten Markergene exprimiert wird, sowie einigen Aquaporinen, die den erh{\"o}hten Wasserbedarf des Tumors regulieren k{\"o}nnten. Das verminderte Tumorwachstum an abi- and aba-Mutanten belegt die Bedeutung von ABA-Signalen f{\"u}r die Homeostase des Wasser-haushalts im Tumor.},
  subject      = {Agrobacterium tumefaciens},
  language  = {de}
}