TY  - THES
A1  - Zhang, Yi
T1  - Regulation of Agrobacterial Oncogene Expression in Host Plants
T1  - Regulierung der Expression der Onkogene aus Agrobakterien in Wirtspflanzen
N2  - Virulent Agrobacterium tumefaciens strains transfer and integrate a DNA region of the tumor-inducing (Ti) plasmid, the T-DNA, into the plant genome and thereby cause crown gall disease. The most essential genes required for crown gall development are the T-DNA-encoded oncogenes, IaaH (indole-3-acetamide hydrolase), IaaM (tryptophan monooxygenase) for auxin, and Ipt (isopentenyl transferase) for cytokinin biosynthesis. When these oncogenes are expressed in the host cell, the levels of auxin and cytokinin increase and cause cell proliferation. The aim of this study was to unravel the molecular mechanisms, which regulate expression of the agrobacterial oncogenes in plant cells. Transcripts of the three oncogenes were expressed in Arabidopsis thaliana crown galls induced by A. tumefaciens strain C58 and the intergenic regions (IGRs) between their coding sequences (CDS) were proven to have promoter activity in plant cells. These promoters possess eukaryotic sequence structures and contain cis-regulatory elements for the binding of plant transcription factors. The high-throughput protoplast transactivation (PTA) system was used and identified the Arabidopsis thaliana transcription factors WRKY18, WRKY40, WRKY60 and ARF5 to activate the Ipt oncogene promoter. No transcription factor promoted the activity of the IaaH and IaaM promoters, despite the fact that the sequences contained binding elements for type B ARR transcription factors. Likewise, the treatment of Arabidopsis mesophyll protoplasts with cytokinin (trans-zeatin) and auxin (1-NAA) exerted no positive effect on IaaH and IaaM promoter activity. In contrast, the Ipt promoter strongly responded to a treatment with auxin and only modestly to cytokinin. The three Arabidopsis WRKYs play a role in crown gall development as the wrky mutants developed smaller crown galls than wild-type plants. The WRKY40 and WRKY60 genes responded very quickly to pathogen infection, two and four hours post infection, respectively. Transcription of the WRKY18 gene was induced upon buffer infiltration, which implicates a response to wounding. The three WRKY proteins interacted with ARF5 and with each other in the plant nucleus, but only WRKY40 together with ARF5 increased activation of the Ipt promoter. Moreover, ARF5 activated the Ipt promoter in an auxin-dependent manner. The severe developmental phenotype of the arf5 mutant prevented studies on crown gall development, nevertheless, the reduced crown gall growth on the transport inhibitor response 1 (TIR1) tir1 mutant, lacking the auxin sensor, suggested that auxin signaling is required for optimal crown gall development. In conclusion, A. tumefaciens recruits the pathogen defense related WRKY40 pathway to activate Ipt expression in T-DNA-transformed plant cells. IaaH and IaaM gene expression seems not to be controlled by transcriptional activators, but the increasing auxin levels are signaled via ARF5. The auxin-depended activation of ARF5 boosts expression of the Ipt gene in combination with WRKY40 to increase cytokinin levels and induce crown gall development.
N2  - Virulente Bakterien des Stamms Agrobakterium tumefaciens, transferieren und integrieren einen Teil ihrer DNA, die T-DNA aus dem Tumor induzierenden Plasmid (Ti), in das Pflanzengenom. Dadurch wird die Tumorbildung induziert und die Krankheit bricht aus. Die wichtigsten Gene, die für die Entwicklung eines Tumors benötigt werden, sind auf der T-DNA lokalisierte Onkogene: IaaH (indole-3-aceetamide hydrolase), IaaM (tryptophan monooxygenase) für die Auxin Biosynthese und Ipt (isopentenyl transferase) für die Cytokinin Biosynthese. Werden diese Onkogene in der Wirtszelle exprimiert, steigt der Gehalt an Auxin und Cytokinin und fördert die Zellteilung. Das Ziel dieser Arbeit war es die molekularen Mechanismen, die die Expression der agrobakteriellen Onkogene in Pflanzenzellen regulieren, aufzuklären. Transkripte der drei Onkogene wurden in Tumoren an Arabidopsis thaliana exprimiert. Die Tumore wurden durch den A. tumefaciens Stamm C58 induziert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Sequenzabschnitte zwischen den Onkogenen (IGRs: intergenic regions) eine Promoteraktivität in der Pflanzenzelle besitzen. Diese Promoter haben eukaryotische Sequenzstrukturen und enthalten cis-Elemente, an die pflanzliche Transkriptionsfaktoren binden. Mit Hilfe der PTA (high-throughput protoplast transactivation) Methode wurden die pflanzlichen Transkriptionsfaktoren WRKY18, WRKY40, WRKY60 und ARF5 von Arabidopsis thaliana identifiziert, welche den Promoter des Ipt Onkogens aktivieren. Für IaaH und IaaM konnte kein Transkriptionsfaktor, der die Promotersequenzen aktiviert, identifiziert werden, obwohl die Promotersequenzen Bindedomänen für den Typ B ARR Transkriptionsfaktor enthalten. Ebenso zeigte die Behandlung von Arabidopsis Protoplasten aus dem Mesophyll mit Cytokinin (trans-zeatin) und Auxin (1-NAA) keinen positiven Effekt auf die Aktivität des IaaH und des IaaM Promoters, wohingegen der Ipt Promoter stark auf eine Behandlung mit Auxin und leicht auf eine Behandlung mit Cytokinin reagierte. Die drei WRKYs aus Arabidopsis spielen eine Rolle in der Tumorentwicklung, da die wrky Mutante kleinere Tumore zeigt, als die Wild Typ Pflanzen. Die Gene WRKY40 und WRKY60 reagieren sehr schnell, innerhalb von zwei, beziehungsweise vier Stunden, auf eine Pathogen Infektion. Die Transkription des WRKY18 Gens wurde durch die Infiltration von Puffer in Blätter induziert, dies lässt auf eine Reaktion im Zusammenhang mit Wunderzeugung schließen. Die drei WRKY Proteine interagieren mit einander und mit ARF5 im Zellekern der Pflanzenzelle, aber nur WRKY40 und ARF5 können gemeinsam den Ipt Promoter aktivieren. Zusätzlich kann ARF5 den Ipt Promoter, in Abhängigkeit von Auxin, aktivieren. Wegen starker Entwicklungsstörungen der arf5 Mutante, konnte das Tumorwachstum an dieser Mutante nicht untersucht werden. Das reduzierte Tumorwachstum an der tri1 (transport inhibitor response, TIR) Mutante, der ein Auxinsensor fehlt, deutet auf die Notwendigkeit des Auxinsignalwegs für optimales Tumorwachstum hin. Zusammengefasst benutzt A. tumefaciens den WRKY40 Signalweg, der mit der Pathogen Abwehr verbunden ist, um die Ipt Expression in der mit T-DNA transformierten Pflanzenzelle zu aktivieren. Die Genexpression von IaaH und IaaM schein nicht von Transkriptionsfaktoren abhängig zu sein, aber erhöhte Auxin Werte werden von ARF5 erkannt. Die Auxin abhängige Aktivierung von ARF5 verstärkt die Expression des Ipt Gens gemeinsam mit WRKY40 um die Cytokin Werte in der Pflanzenzelle zu erhöhen und somit die Tumorentwicklung einzuleiten.
KW  - Agrobacterium tumefaciens
KW  - Transcription factor
KW  - Onkogen
KW  - Genexpression
KW  - Oncogene
KW  - Regulation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-102578
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klinkenberg, Jörn
T1  - Physiological Role of Fatty Acid Desaturation in Agrobacterium-induced Arabidopsis Crown Galls
T1  - Physiologische Rolle der Fettsäure-Desaturierung in der durch Agrobacterium ausgelösten Wurzelhalsgalle von Arabidopsis
N2  - Crown gall development is accompanied by hypoxia, drought and oxidative stress. These abiotic stress factors are known to have an impact on fatty acid (FA) desaturation. Thus, an alteration in the lipid profile of plant tumors was expected. A comprehensive lipid analysis of Arabidopsis thaliana crown galls induced by Agrobacterium tumefaciens showed an increase in the degree of FA desaturation. The poly unsaturated fatty acid (PUFA) linolenic acid (18:3) of endoplasmic reticulum (ER) derived phospholipids was especially affected. The increased levels of desaturated FAs were reflected by a strong induction of two genes encoding desaturases, FAD3 and SAD6. In contrast to FAD3, which encodes the ER membrane bound fatty acid desaturase enzyme that synthesizes 18:3 PUFAs in the ER, the function of SAD6 is unknown. The ability of SAD6 to complement the extreme dwarf growth phenotype of the ssi2-2 mutant allele suggests that SAD6 is a functional stearoyl-acyl-carrier-protein delta-9 desaturase (SAD) which catalyzes the first step in FA desaturation and forms stearic acid (18:1). Overexpression of the SAD6 gene in Arabidopsis (SAD6-OE) to a similar degree as in tumors resulted in a light-dependent chlorosis phenotype and caused a similar shift in the lipid profile towards unsaturated phospholipids. Posttranscriptional down-regulation of SAD6 overexpression by RNA reverted the chlorosis phenotype and the changes in the lipid profile, showing that SAD6 overexpression forms the unsaturated FA profile and the phenotype in SAD6-OE. The subcellular localization of the SAD6 protein in chloroplasts, which is obligatory for SAD function was demonstrated. SSI2, which encodes the major contributor to the 18:1 FA levels in Arabidopsis is down-regulated in crown galls pointing to a replacement of SSI2 function by SAD6 in the tumor. SAD6 transcripts were almost undetectable in Arabidopsis under normal growth condition, whereas under hypoxia the gene was strongly activated. In the tumor hypoxia most likely caused the very high transcription of SAD6. Hypoxia is known to limit FA desaturation and it is associated with an elevated reactive oxygen species (ROS) production which is detrimental for unsaturated FAs. Thus, up-regulation of SAD6 in the crown gall, most likely serves as an adaptive mechanism to activate desaturation under low oxygen concentrations and to maintain the levels of unsaturated FA under oxidative stress. The ER localized FAD3 most likely is responsible for the rise in 18:3 of the phospholipid class to cope with drought stress in crown galls. This hypothesis was supported by the loss of function mutant, fad3-2, which developed significantly smaller tumors as the wild type under low relative humidity.Taken together, this study suggests that the induction of SAD6 and FAD3 shapes the tumor lipid profile by increasing the levels of unsaturated FAs. Unsaturated fatty acids prepare the crown gall to cope with ongoing hypoxia, drought and oxidative stress during growth and development.
N2  - Die Physiologie der durch Agrobacterium tumefaciens hervorgerufenen Wurzelhalsgallen ist geprägt von Sauerstoffmangel, Trocken- und oxidativen Stress. Diese Stressfaktoren beeinflussen die Umwandlung gesättigter zu ungesättigten Fettsäuren (Desaturierung). Somit sind Änderungen im Lipidmuster des durch Agrobacterium tumefaciens ausgelösten Pflanzentumors wahrscheinlich. Eine umfassende Analyse des Wurzelhalsgallenlipidmusters ergab, dass der Anteil an ungesättigten Fettsäuren erhöht war. Am auffälligsten war vor allem die Erhöhung der mehrfach ungesättigten Fettsäure Linolensäure (18:3) in den mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER) assoziierten Phospholipiden. Dieser Anstieg ging einher mit der stark erhöhten transkriptionellen Aktivität des FAD3-Gens, das eine membrangebundene Fettsäure-Desaturase kodiert, die Linolensäure (18:3) im ER synthetisiert. Darüber hinaus war ein weiteres funktionell unbekanntes Desaturase-Gen, SAD6, stark aktiviert. Das SAD6 Protein war in Chloroplasten lokalisiert und in der Lage den extremen Zwergwuchs-Phänotyp der ssi2-2 Mutante zum Wildtyp zu komplementieren. Damit wurde nahegelegt, dass SAD6, wie SSI2, eine funktionelle „delta-9 Stearoyl-Acyl-Carrier-Protein-Desaturase“ (SAD) ist. Die Überexpression des SAD6-Gens in Arabidopsis (SAD6-OE), vergleichbar der in Wurzelhalsgallen, führte zu einem Anstieg ungesättigter Phospholipide und einem lichtabhängigen chlorotischen Phänotyp. Eine posttranskriptionelle Reduzierung der SAD6 Überexpression durch RNAi revertierte den Chlorosephänotyp und die Veränderungen im Lipidprofil zum Phänotyp des Wildtyps. Da SSI2, welches das SAD-Enzym für die Ölsäure (18:1)-Produktion in Arabidopsis kodiert, in Wurzelhalsgallen stark herunterreguliert ist, übernimmt hier sehr wahrscheinlich SAD6 die Funktion von SSI2. Insbesondere deshalb, weil der im Tumor vorherrschende Sauerstoffmangel zu einer starken Aktivierung des SAD6-Gens führt. Die Produktion ungesättigter Fettsäuren wird unter hypoxischen Bedingungen limitiert, weshalb eine erhöhte Expression von SAD6 die reduzierte Synthese ungesättigter Fettsäuren kompensieren könnte. Hypoxie und vor allem die posthypoxische Phase führen zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die ungesättigte Fettsäuren peroxidieren, so dass das Hypoxie-sensitive SAD6-Gen darüber hinaus das Niveau ungesättigter Fettsäuren unter oxidativem Stress zu erhalten scheint. Die ER lokalisierte Desaturase FAD3 ist ursächlich für die spezifische Erhöhung von Linolensäure (18:3) in den ER assoziierten Phospholipiden und führt somit zu einer Anpassung an den Trockenstress im Tumor. Dies wird dadurch unterstützt, dass an fad3-2 Mutanten unter erhöhtem Trockenstress deutlich kleinere Tumore wachsen. Diese Studie hat gezeigt, dass die Induktion von SAD6 und FAD3 in der Wurzelhalsgalle mit einer erhöhten Produktion ungesättigter Fettsäuren einhergeht und somit die Entwicklung und das Wachstum von Wurzelhalsgallen unter Sauerstoffmangel, oxidativem Stress und Wasserverlust ermöglicht wird.
KW  - Agrobacterium tumefaciens
KW  - Wurzelhalsgalle
KW  - Lipidstoffwechsel
KW  - Ungesättigte Fettsäuren
KW  - Ackerschmalwand
KW  - Hypoxie
KW  - Agrobacterium tumefaciens
KW  - Crown Gall
KW  - Lipid Metabolism
KW  - unsaturated Fatty Acids
KW  - Arabidopsis thaliana
KW  - Hypoxia
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-75262
ER  -