@phdthesis{Zoeller2012,
  author    = {Zoeller, Maria Simone},
  title     = {Lipidperoxidation in der inkompatiblen Pseudomonas-Arabidopsis Interaktion: Biosynthese von Pimelin- und Azelains{\"a}ure},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71614},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Biosynthese von fragmentierten Fetts{\"a}uren (kurzkettige Dicarbons{\"a}uren und deren Oxocarbons{\"a}ure-Vorstufen) ist in den meisten Pflanzen noch unklar. Wichtige, bekannte Dicarbons{\"a}uren sind Pimelins{\"a}ure (PIM) und Azelains{\"a}ure (AZA) mit den putativen Vorstufen 7-Oxo¬heptanons{\"a}ure (OHA) und 9-Oxononanons{\"a}ure (ONA). Es besteht großes Interesse die Biosynthese¬mechanismen und die Regulation der Synthese dieser Substanzen aufzukl{\"a}ren, da Fetts{\"a}ure¬fragmente an wichtigen biologischen Prozessen beteiligt sind. PIM ist eine essentielle Vorstufe von Biotin in Mikroben, Pilzen und Pflanzen. Bisher konnte die Biosynthese von PIM nur in Bakterien (E. coli und B. subtilis) aufgekl{\"a}rt werden. Es gibt keine Hinweise auf einen analogen Mechanismus in Pflanzen. Eine biologische Aktivit{\"a}t von AZA bei Pflanzen konnte erst vor kurzem beschrieben werden. Eine Forschergruppe identifizierte AZA als Metabolit, der nach Infektion mit dem Pathogen Pseudomonas syringae vermehrt im Phloemsaft von Arabidopsis vorhanden ist und der in Pflanzen eine lokale und systemische Resistenz gegen{\"u}ber dem Pathogen induziert. In Tieren sind Fetts{\"a}urefragmente ebenfalls Gegenstand aktueller Forschung. Es ist bekannt, dass eine nichtenzymatische oxidative Fragmentierung von Fetts{\"a}urehydroperoxiden in komplexen Membranlipiden als Folge von oxidativem Stress abl{\"a}uft. Phospholipide mit veresterter ONA / AZA spielen aufgrund ihrer Struktur eine Rolle als endogene Liganden bei Reaktionen des angeborenen Immunsystems. Ziel dieser Arbeit war es, die Mechanismen der Oxidation von Fetts{\"a}uren und deren Fragmentierung in Pflanzen aufzukl{\"a}ren. Weiterhin sollte die Rolle der oxidierten Fragmente in der Immunantwort der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht werden. In Pflanzen wurden fragmentierte Fetts{\"a}uren im Rahmen dieser Arbeit erstmals in komplexen Lipiden identifiziert und verschiedene Hypothesen zur Bildung von Fetts{\"a}urefragmenten experimentell {\"u}berpr{\"u}ft. Es konnte gezeigt werden, dass die Biosynthese der Fetts{\"a}urefragmente in A. thaliana ausgehend von zwei- oder dreifach unges{\"a}ttigten Fetts{\"a}uren stattfindet. 9- und 13-Lipoxygenasen (LOX1, LOX5 und LOX2) spielen dabei keine essentielle Rolle. Die Fetts{\"a}urefragmente konnten in Arabidopsis in freier Form und in komplexen Lipiden verestert (ausschließlich in Galactolipiden) detektiert werden. Applikationsexperimente zeigten, dass die Biosynthese der Fetts{\"a}urefragmente in den komplexen Lipiden auf nichtenzymatischem Wege in situ stattfindet. Dabei wird in {\"U}bereinstimmung mit den experimentellen in vitro und in vivo Daten als Reaktionsmechanismus die Dimer-Hypothese der Arbeitsgruppe um Alan Brash vorgeschlagen. In gr{\"u}nen Pflanzenteilen verl{\"a}uft die Biosynthese demzufolge in drei Schritten ab: Im ersten Schritt entsteht ein „Pool" von oxidierten Galactolipiden mit Hydroperoxid-Acylketten (mit konjugierten Dienen). Diese Hydroperoxide entstehen fortlaufend durch Oxidation der Fetts{\"a}ureacyle mittels Singulett Sauerstoff in Plastiden. Nach Infektion mit dem Pathogen P. syringae (avirulenter Stamm) wird der „Pool" von Galactolipidperoxiden durch die katalytische Einwirkung von freien Radikalen und der LOX2 erh{\"o}ht. Im zweiten Schritt findet eine Radikal-katalysierte Addition von Peroxylradikalen an Fetts{\"a}urehydroperoxide statt, wobei Lipid-Peroxid-Dimere gebildet werden. Diese instabilen Zwischenprodukte zerfallen spontan in vier Produkte, darunter zwei Aldehyd-Fragmente, ein Alkoxyradikal und ein Hydroxylradikal. Bemerkenswert ist, dass durch die Fragmentierung des Dimers weitere Radikale de novo entstehen. Im dritten Schritt k{\"o}nnen die in Galactolipiden veresterten Oxocarbons{\"a}uren zu Dicarbons{\"a}uren oxidiert werden. Hydroperoxide, die Vorl{\"a}ufer der Fetts{\"a}urefragmente, wurden in freier Form und in komplexen Lipiden verestert analysiert. Unter basalen Bedingungen liegt sowohl bei den freien, als auch bei den veresterten Hydroxyfetts{\"a}uren ein fast komplett Singulett Sauerstoff abh{\"a}ngiger Oxidationsmechanismus vor. Drei Galactolipid Hauptspezies (Monogalactosyldiacylglycerol (MGDG)-18:3-16:3, Digalactosyldiacylglycerol (DGDG)-18:3-18:3 und DGDG-18:3-16:3) sind hoch oxidiert (5 bis 9 Mol-\%, relativ zur jeweiligen Vorstufe). MGDG-18:3-18:3, ebenso wie Phosphatidylglycerol-, Phosphatidylinositol- und Triacylglycerol-Hydroxyfetts{\"a}urespezies liegen basal nur schwach oxidiert vor (< 2 Mol-\%). Nach Infektion mit dem Pathogen P. syringae kommt es zu einer massiven Lipid Biosynthese und Oxidation durch die 13-Lipoxygenase LOX2, Singulett Sauerstoff und freie Radikale. Der Oxidationsgrad der Hydroxyfetts{\"a}uren in den Galactolipiden {\"a}ndert sich kaum. Innerhalb der Triacylglycerole kommt es zu einem großen Anstieg der oxidierten Spezies (auf 12 bis 38 Mol-\%). Die Oxidation und Fragmentierung der Fetts{\"a}uren in den Galactolipiden unter basalen Bedingungen und induziert durch die Pathogenbehandlung, stellen einen wichtigen biochemischen Prozess dar, auf dem PIM und AZA entstehen.},
  subject      = {Schmalwand},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Peer2010,
  author    = {Peer, Markus},
  title     = {Sphingolipide - Analytik, Biosynthese und Funktion in der Arabidopsis thaliana Pathogenantwort},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55034},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Sphingolipide (SPL) sind wichtige und ubiquitar verbreitete Bestandteile von Biomembranen. Aufgrund der enormen Vielfalt, der komplexen Struktur und diverser physiko-chemischer Eigenschaften der Sphingolipide gestaltet sich die qualitative und quantitative Untersuchung der Sphingolipide allerdings schwierig. In dieser Arbeit konnten, basierend auf publizierten Methoden, analytische Verfahren entwickelt werden, mit deren Hilfe sich die Gehalte spezifischer Sphingolipide in A. thaliana quantitativ nachweisen lassen. Unter Einsatz eines targeted metabolite profiling-Ansatzes wurde die Rolle spezifischer Sphingolipide in der Pflanzen-Pathogen Interaktion charakterisiert. Infiltration von avirulenten P. syringae pv. tomato (Pst) in Bl{\"a}tter von A. thaliana f{\"u}hrte zu schnell und transient erh{\"o}hten Gehalten der freien Sphingobase Phytosphingosin (t18:0). Im Gegensatz zu avirulenten Pst kam es nach Infiltration von virulenten Pst zu einer schnellen R{\"u}ckkehr auf Basalniveau und nicht zu einer hypersensitiven Antwort (HR), was auf eine positiv regulatorische Rolle von t18:0 in Abwehrreaktionen von Pflanzen hinwies, z.B. bei der HR. Damit konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Spiegel freier Sphingobasen der Pflanze, insbesondere von t18:0, in Antwort auf bakterielle Pathogene reguliert werden. Diese spezifische Regulation korreliert, in Abh{\"a}ngigkeit von der Pathogeninfektion, mit dem Verlauf der HR. Im Unterschied zu avirulenten St{\"a}mmen sind virulente Pst in der Lage, Abwehrreaktionen des Wirtsorganismus zu unterdr{\"u}cken. Daher tritt keine HR auf, welche die Ausbreitung des Pathogens stoppen k{\"o}nnte. Die unterschiedliche Beeinflussung der t18:0 Gehalte virulenter und avirulenter St{\"a}mme zeigte sich auch in Experimenten mit einem anderen P. syringae Stamm. Freie Sphingobasen zeigten in dieser Arbeit typische Merkmale von Signalmolekulen: geringe basale Spiegel, schnelle und transiente Gehaltsanderungen, pr{\"a}zise Regulation sowie spezifische Wirkeffekte. Sphingolipide stellen somit, neben den etwa durch PAMPs ausgel{\"o}sten und durch Phytohormone vermittelten, weitere Signalwege in der Pflanzen Pathogen Interaktion dar. Die Infiltration von Pst in Bl{\"a}tter der A. thaliana Mutante sbh1-1 f{\"u}hrte zu transient erh{\"o}hten d18:0 Spiegeln. In dieser Mutante ist die Funktion von einer der zwei Sphingobasen-Hydroxylasen gest{\"o}rt. Wie sich nach Totalhydrolyse zeigte, sind die Gesamtgehalte von t18:0 in der Mutante allerdings nicht reduziert. Dies spricht daf{\"u}r, dass der pathogenabh{\"a}ngige transiente Anstieg von t18:0 durch de novo Synthese aus d18:0 entsteht und nicht durch Freisetzung aus komplexen Sphingolipiden mittels spezifischer Lipasen. Somit ist die Hydroxylase SBH1 f{\"u}r den schnellen signalvermittelten Anstieg von t18:0 verantwortlich. Neben t18:0 l{\"o}sen auch strukturell {\"a}hnliche freie Sphingobasen, z.B. d18:1 und d18:0, Abwehrreaktionen und Zelltod aus, w{\"a}hrend andere Sphingobasen (d20:0 und d20:1) sowie Ceramide keine Reaktionen ausl{\"o}sten. Dies weist auch direkt auf die Spezifit{\"a}t der beteiligten Mechanismen hin.},
  subject      = {Sphingolipide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grun2006,
  author    = {Grun, Christoph},
  title     = {Untersuchung enzymatisch und nicht-enzymatisch gebildeter Oxylipine in Arabidopsis thaliana in der kompatiblen und der inkompatiblen Interaktion mit Pseudomonas syringae},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20804},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {1. OH-FS wurden in vitro hergestellt, um als Standardsubstanzen zur gaschromato-graphischen Identifizierung von OH-FS in Pflanzenmaterial eingesetzt zu werden. 2. F{\"u}r die Untersuchung der Oxylipin-Gehalte in A. thaliana wurden der virulente Pst-Stamm DC3000 sowie der avirulente Stamm avrRPM1 verwendet, um die kompatible Interaktion mit der inkompatiblen Interaktion vergleichen zu k{\"o}nnen. Die Konzentrationen der Oxylipine sowie SA wurden innerhalb einer Versuchsdauer von 60 h verfolgt. Dabei wurden PPF1 sowie 12- und 16-OH-FS, als Vertreter der nicht-enzymatisch entstandenen Oxylipine, 9- und 13-OH-FS, sowohl als enzymatisch als auch nicht-enzymatisch entstandene Oxylipine, sowie JA und deren Vorstufe OPDA als enzymatisch gebildete Phytohormone untersucht. Es wurden monophasische Konzentrationsanstiege, bei allen untersuchten Substanzen, in der kompatiblen Interaktion ermittelt, wohingegen die Konzentrationsanstiege in der inkompatiblen Interaktion biphasisch waren. In beiden Interaktionen wurden nach 48 bis 60 h Konzentrationsmaxima der freien sowie der veresterten OH-FS und PPF1 nachgewiesen, ein fr{\"u}her Konzentrationsanstieg nach 5 bis 10 h konnte ausschließlich in der inkompatiblen Interaktion ermittelt werden. Die gleichzeitige Akkumulation von 9-, 10-, 12-, 13, 15- und 16-OH-FS und PPF1 deutet auf eine parallel ablaufende Oxylipin-Synthese durch enzymatische, Photo-oxidative und {\"u}ber freie Radikale vermittelte Prozesse hin. Die Akkumulation veresterter OH-FS und PPF1 erfolgte in beiden Interaktionen 5 bis 12 h fr{\"u}her als die Konzentrationsanstiege der freien OH-FS und PPF1. Die Ergebnisse best{\"a}tigen die Hypothese, dass nicht-enzymatische Oxylipine in Membranen gebildet werden k{\"o}nnen und anschließend vermutlich durch eine Lipase frei gesetzt werden. In der inkompatiblen Interaktion konnte ein erstes fr{\"u}hes Konzentrationsmaximum von JA und OPDA nach 5 h beobachtet werden, w{\"a}hrend sp{\"a}te Maxima in beiden Interaktionen nach 24 bis 36 h erfolgten. Somit akkumulierten die OH-FS und PPF1 in der inkompatiblen Interaktion zeitgleich mit den Jasmonaten nach 5 h. 3. Bei einer K{\"a}lteexposition von A. thaliana bei 4°C {\"u}ber 2 h wurde jeweils ein 3,3-facher Konzentrationsanstieg der freien und der veresterten enzymatisch gebildeten 13-OH-FS nachgewiesen. Dar{\"u}berhinaus wurde ein 4,6-facher Anstieg der enzymatisch entstandenen 9-OH-FS ermittelt. Die nicht-enzymatisch gebildeten 12- und 16-OH-FS zeigten dagegen keine signifikanten Konzentrationsanstiege {\"u}ber die basalen Konzentrationen hinaus. Die angewendeten Stressbedingungen bewirken demnach ausschließlich eine enzymatische Bildung von OH-FS in A. thaliana. 4. Zur Untersuchung der OH-FS-Synthese in der inkompatiblen Interaktion in Abh{\"a}ngigkeit von der bei der Pflanzenanzucht eingesetzten Lichtst{\"a}rke wurden A. thaliana bei Licht und in Dunkelheit mit Pst avrRPM1 infiziert. Nach 10 h wurde eine 1,1- bis 3,7-fach st{\"a}rkere Bildung der freien sowie eine 2,0- bis 3,4-fach st{\"a}rkere Akkumulation der veresterten 9-, 10-, 12-, 13, 15- und 16-OH-FS bei den Pflanzen ermittelt, die bei Licht angezogen wurden. Die Lichtintensit{\"a}t, der Pflanzen w{\"a}hrend der Infektion mit Pst ausgesetzt sind, hat demnach große Bedeutung f{\"u}r die Entstehung enzymatisch und nicht-enzymatisch gebildeter OH-FS. Ein 4,9-facher Anstieg veresterter 15-OH-FS, ein Marker f{\"u}r eine photooxidative OH-FS-Entstehung, auch bei Dunkelheit widersprach der Hypothese, dass 15-OH-FS ohne Lichteinwirkung nicht gebildet werden k{\"o}nnen und deutet auf eine bisher unbekannte Licht-unabh{\"a}ngige Entstehung von 1O2 bzw. von 15-OH-FS hin. 5. Die Bestimmung von OH-FS in Bl{\"a}ttern und Wurzeln von unbehandelten A. thaliana-Pflanzen ergab eine 13- bis 31-fach h{\"o}here Konzentration veresterter 9-, 10-, 12-, 13- und 16-OH-FS in den Bl{\"a}ttern. Dar{\"u}berhinaus wurde eine 111-fach h{\"o}here Konzentration von veresterten 15-OH-FS in Bl{\"a}ttern im Vergleich zu Wurzeln nachgewiesen. 15-OH-FS wurden als selektiver Marker f{\"u}r eine Photo-oxidative OH-FS-Bildung durch 1O2 verwendet. Mit 0,57 µg/g TG kommt 15-OH-FS allerdings auch im Wurzelgewebe vor, was einen Hinweis darauf darstellt, dass neben einem Licht-abh{\"a}ngigen Hauptweg auch ein Licht-unabh{\"a}ngiger Entstehungsmechanismus von 15-OH-FS bzw. 1O2 existiert. Alternativ w{\"a}re es denkbar, dass ein Transport von 15-OH-FS von den Bl{\"a}ttern in die Wurzeln stattfindet. 6. Eine Untersuchung der Gehalte an OH-FS und PPF1 in NahG-, lsd1-, atrbohD- und atrbohF-Mutanten ergab 48 h nach Infiltration von Pst avrRPM1 keine signifikanten Unterschiede im Vergleich zu den Pflanzen des jeweiligen Wildtyps Col-0 und WS. Unter den gew{\"a}hlten Versuchsbedingungen bewirken die genetischen Defekte der untersuchten Mutanten keine ver{\"a}nderte Akkumulation enzymatisch sowie nicht-enzymatisch gebildeter Oxylipine.},
  subject      = {Lipid-Peroxide},
  language  = {de}
}