Simone Findling

• Jasmonate sind wichtige zelluläre Mediatoren, die eine essentielle Rolle in der Pflanzen-entwicklung und Abwehr von biotischem und abiotischem Stress spielen. Jasmonsäure (JA) als zentrales Intermediat kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise metaboli-siert werden. Eine Möglichkeit der Metabolisierung ist die Veresterung der JA zu Methyljasmonat (MeJA) durch die Jasmonsäure-Carboxyl-Methyltransferase (JMT). Interessanterweise ist diese Reaktion reversibel, da die Methyljasmonatesterase (MJE) die Hydrolyse zu JA katalysiert. Obwohl dieJasmonate sind wichtige zelluläre Mediatoren, die eine essentielle Rolle in der Pflanzen-entwicklung und Abwehr von biotischem und abiotischem Stress spielen. Jasmonsäure (JA) als zentrales Intermediat kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise metaboli-siert werden. Eine Möglichkeit der Metabolisierung ist die Veresterung der JA zu Methyljasmonat (MeJA) durch die Jasmonsäure-Carboxyl-Methyltransferase (JMT). Interessanterweise ist diese Reaktion reversibel, da die Methyljasmonatesterase (MJE) die Hydrolyse zu JA katalysiert. Obwohl die Funktion diverser Metabolite, wie die des biologisch aktivsten Metaboliten JA-Isoleucin, aufgeklärt wurde, ist die Rolle der reversiblen Methylierung noch weitestgehend unklar. Aufgrund der differenten physikochemischen Eigenschaften von JA und MeJA wird diskutiert ob MeJA von JA unterschiedliche biologische Eigenschaften aufweist und/oder als transzelluläres oder systemisches Signal fungiert. Anhand der Generierung transgener Pflanzen, in denen die Umwandlung zwischen JA und MeJA gestört ist, sollten diese Hypothesen überprüft werden. Dazu wurden Tomatenlinien hergestellt, die die Enzyme der reversiblen Methylierung (JMT, MJE) überexprimieren (JMT-OE, MJE-OE) sowie Linien, in denen durch ,,Post transcriptional gene silencing“ die MJE verringert exprimiert wird. Basierend auf MJE-RNAi-Linien, die eine reduzierte in vitro MeJA-Hydrolyseaktivität auf-weisen, sollte durch exogene Applikation von MeJA analysiert werden, ob MeJA selbst biologische Aktivitäten aufweist oder zunächst mittels MJE in JA umgewandelt werden muss. Es war kein reproduzierbarer Unterschied der Reaktion auf die MeJA-Applikation über die wässrige Phase und über die Gasphase zwischen Kontroll- und MJE-RNAi-Linien festzustellen. Um zu eruieren, ob MeJA als transzelluläres, parakrines Signal agiert, wurden die Gen-expression und das Oxylipinprofil in verwundeten Blättern der transgenen Linien unter-sucht. Ob MeJA als systemisches Signal dient, sollte anhand der Verwundung von Pfropfkombinationen aus Kontrolllinie als Unterlage und MJE-RNAi als Spross anhand der Analyse der Genexpression in distalen Bereichen festgestellt werden. Die Ergebnisse der Studien deuten daraufhin, dass MeJA weder als transzelluläres Signal noch als sys-temisches Signal bei der Verwundungsantwort agiert. Zudem kann ausgeschlossen wer-den, dass die MJE in distalen Bereichen der Pflanze in der Perzeption des systemischen Signals involviert ist. Da Jasmonate an der Abwehr von Pathogenen beteiligt sind, wurde die Empfindlichkeit gegenüber dem nekrotrophen Pilz S. sclerotiorum getestet. Alle transgenen Linien mit Veränderung der reversiblen Methylierung wiesen erhöhte Läsionsgrößen, stärkeres Pilzwachstum und erhöhte JA-Isoleucin und 12-OH-JA-Isoleucin Spiegel auf. Allerdings war keine Korrelation zwischen den erhöhten JA-Isoleucin Spiegeln und der Expression von Abwehrgenen wie PINII und JA-Biosyntheseenzymen wie AOC zu verzeichnen. Somit scheint die reversible Methylierung eine Rolle in der Pathogenabwehr gegenüber S. sclerotiorum zu spielen jedoch sind die Mechanismen, die zur erhöhten Suszeptibilität der Linien führen, noch unklar.…
• Jasmonates are essential cellular mediators that play an important role in development and defense of biotic and abiotic stress stimuli. Jasmonic acid (JA) as central intermedi-ate can be metabolised in different ways. One possibility is the esterification of JA via jasmonic acid carboxyl methyltransferase (JMT) to methyl jasmonate (MeJA). Interest-ingly, this reaction is reversible as methyl jasmonate esterase (MJE) is able to hydrolyse MeJA into JA. Although the function of several JA metabolites such as JA-isoleucine, the biological mostJasmonates are essential cellular mediators that play an important role in development and defense of biotic and abiotic stress stimuli. Jasmonic acid (JA) as central intermedi-ate can be metabolised in different ways. One possibility is the esterification of JA via jasmonic acid carboxyl methyltransferase (JMT) to methyl jasmonate (MeJA). Interest-ingly, this reaction is reversible as methyl jasmonate esterase (MJE) is able to hydrolyse MeJA into JA. Although the function of several JA metabolites such as JA-isoleucine, the biological most active one was elucidated, the in vivo function of reversible methylation is still unknown. Because JA and MeJA harbour different physicochemical properties, MeJA is assumed to function as transcellular and/or even systemic signal. This hypothe-sis was addressed by the analysis of transgenic plants disturbed in JA and MeJA conver-sion. Tomato plants overexpressing the enzymes of the reversible methylation as well as transgenic plants with reduced MJE expression induced via post transcriptional gene silencing of MJE were generated. Based upon MJE-RNAi-lines with reduced MeJA in vitro cleaving activity, it was analysed if MeJA is biologically active per se or if it only exerts its effects after hydrolysis to JA. There was no reproducible difference between control line and MJE-RNAi-line observed in response to MeJA application by vapor and liquid phase. To evaluate the role of MeJA as transcellular or paracrine signal, wounded leaves of all transgenic lines were analysed with respect to changes in gene expression and oxylipin profile. To analyse if MeJA may act as a systemic signal, wounding experiments with grafting combinations of wildtype stock and MJE-RNAi scion were performed and distal gene expression was observed. The experimental results suggest that MeJA acts neither as transcellular nor as systemic signal. Furthermore, it can be excluded that MJE is involved in the perception of the systemic signal in distal tissues of the plant. Because jasmonates are involved in pathogen defense, the susceptibility against the necrotrophic pathogen S. sclerotiorum was also tested. All transgenic lines with alterations in reversi-ble methylation exhibit a higher lesion diameter, enhanced growth of fungi and higher JA-isoleucine and 12-OH-JA-isoleucine levels. However, there was no correlation be-tween high JA-isoleucine levels and expression of defense genes such as PINII and JA-biosynthesis genes, e.g. AOC. Hence, reversible methylation seems to be involved in the pathogen response towards S. sclerotiorum but the mechanisms responsible for the higher susceptibility are still unknown.…