@phdthesis{Siefritz2002,
  author    = {Siefritz, Franka},
  title     = {Expression and Function of the Nicotiana tabacum Aquaporin NtAQP1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3053},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit zeigt die Korrelation zwischen r{\"a}umlichem und zeitlichem Expressionsmuster von dem Aquaporin NtAQP1 und seiner Funktion im Wasserhaushalt in planta. Immunologische in situ-Studien deuteten auf eine NtAQP1-Protein-Akkumulation in der Wurzelexodermis und -endodermis, im Cortex, in der N{\"a}he der Leitb{\"u}ndel, im Xylemparenchym und in Zellen der Atemh{\"o}hle hin. Das Aquaporin wurde auch in longitudinalen Zellreihen der Petiolen in erh{\"o}hten Mengen gefunden. Expressionsstudien mit transgenen Pflanzen (Ntaqp1-Promotor::gus oder ::luc) best{\"a}tigten die NtAQP1-Akkumulation in der Wurzel, dem Spross und den Petiolen, lokalisierten dessen Expression aber auch in Pollen, Adventivwurzel und Blatthaaren. Die Ntaqp1-Expression wurde w{\"a}hrend Wachstumsprozessen wie Sprossorientierung nach Gravistimulation oder Photostimulation, Samenkeimung, aber auch w{\"a}hrend der vergleichsweise schnellen circadianen Blattbewegung induziert. Die Expression wurde weiterhin durch Phytohormone, im Speziellen durch Gibberellins{\"a}ure (GA) und osmotischen Stress stimuliert. Weitere Analysen hoben eine diurnale und sogar circadiane Expression von Ntaqp1 in Wurzeln und Petiolen hervor. Die funktionelle Analyse des Aquaporins wurde mittels reverser Genetik und biophysikalischen Studien durchgef{\"u}hrt. Die Antisense-Technik wurde benutzt, um die NtAQP1-Expression in Tabakpflanzen zu reduzieren. Die Antisense (AS)-Pflanzen zeigten eine starke Verringerung der Ntaqp1-mRNA, eine weniger ausgepr{\"a}gte Verminderung der hoch homologen NtPIP1a-mRNA und keinen Effekt auf die Expression anderer Aquaporin-Genfamilien (PIP2, TIP). Die Funktion von NtAQP1 auf zellul{\"a}rer Ebene wurde mit einer hierf{\"u}r neuentwickelten Apparatur untersucht. Der experimentelle Aufbau erm{\"o}glichte die Aufzeichnung der osmotisch induzierten Protoplasten-Volumenzunahme. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verminderte die zellul{\"a}re Wasserpermeabilit{\"a}t um mehr als 50 \%. Die Funktion von NtAQP1 in der Gesamtpflanze wurde z.B. durch die "High-pressure flow meter" Methode bestimmt. Diese Messungen ergaben eine Reduktion der hydraulischen Wurzelleitf{\"a}higkeit pro Wurzeloberfl{\"a}cheneinheit (KRA) der Wurzeln der AS-Linien um mehr als 50 \%. Die KRA wies eine starke diurnale und circadiane Schwankung auf, mit einem Maximum in der Mitte der Lichtperiode, {\"a}hnlich dem Verlauf des Expressionsmusters von Ntaqp1 in Wurzeln. Unter gut gew{\"a}sserten Bedingungen ergaben Gaswechsel-, Spross- (Ystem) und Blatt- Wasserpotenial (Yleaf)-Messungen unterschiedliche Werte in AS- und Kontrollpflanzen. In wasserlimitierender Umgebung zeigten AS-Pflanzen jedoch ein st{\"a}rker negativeres Y als Kontrollpflanzen, obwohl eine weitere Abnahme der Transpiration in AS-Pflanzen beobachtet werden konnte. Quantitative Analysen belegten eine st{\"a}rker ausgepr{\"a}gte Welkreaktion in den AS- als in den Kontrollpflanzen. Quantitative Studien der Blattbewegung von AS- verglichen mit Kontrollpflanzen hoben eine drastische Reduktion in Geschwindigkeit und Ausmaß der Reaktion hervor. Folgende Schlussfolgerungen konnten gezogen werden. NtAQP1 wurde an Orten mit erwartet hohem Wasserfluss von und zum Apoplasten oder Symplasten exprimiert. Außerdem deuteten das spezifische Verteilungsmuster und die zeitliche Expression von NtAQP1 in Petiolen und dem sich biegenden Spross auf eine Beteiligung in der transzellul{\"a}ren Wasserbewegung hin. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verringerte die zellul{\"a}re Pos. Die NtAQP1-Funktion erh{\"o}ht also eindeutig die Membranwasserpermeabilit{\"a}t von Tabak-Wurzelprotoplasten. Die Abnahme der spezifischen hydraulischen Wurzelleitf{\"a}higkeit (KRA) befand sich in der gleichen Gr{\"o}ßenordnung wie die Verringerung der mittleren zellul{\"a}ren Wasserpermeabilit{\"a}t. Dies weist darauf hin, dass die Aquaporin-Expression essentiell f{\"u}r die Aufrechterhaltung der nat{\"u}rlichen Wurzelleitf{\"a}higkeit ist. Die Verringerung von KRA in AS -Pflanzen k{\"o}nnte der erste sichere Beweis daf{\"u}r sein, dass der Weg der Wasseraufnahme von der Wurzeloberfl{\"a}che in das Xylem den {\"U}bergang {\"u}ber Membranen einschließt. Die Reduktion von NtAQP1 resultierte in einem Wasserstresssignal, das ein Schließen der Stomata zur Folge hatte. NtAQP1 scheint an der Vermeidung von Wasserstress in Tabak beteiligt zu sein. NtAQP1 spielt eine essentielle Rolle bei schnellen Pflanzenbewegungen und der transzellul{\"a}ren Wasserverschiebung.},
  subject      = {Tabak},
  language  = {en}
}