Dokument: Metabolismus der Aminosäuren in der systemisch erworbenen Resistenz; Identifizierung von Pipecolinsäure als kritische Komponente in der angeborenen und induzierten Immunität

Titel:	Metabolismus der Aminosäuren in der systemisch erworbenen Resistenz; Identifizierung von Pipecolinsäure als kritische Komponente in der angeborenen und induzierten Immunität
Weiterer Titel:	Amino acid metabolism in systemic acquired resistance of Arabidopsis thaliana; identification of pipecolic acid as a critical component of innate and inducible immunity
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=22803
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20121108-121136-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Ing. Navarova, Hana [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,66 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.11.2012 / geändert 20.11.2012
Stichwörter:	pipecolic acid, amino acid metabolism, plant resistance, SAR
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Pflanzen sind kontinuierlich verschiedenen Schädlingen ausgesetzt, gegen die sie ein hochentwickeltes Netzwerk von Verteidigungsmechanismen entwickelt haben. Einer dieser Mechanismen ist die systemisch erworbene Resistenz (Systemic Acquired Resistance, SAR), welche Verteidigungsreaktionen aktiviert, welche sich vom Ort des Pathogenangriffs auf die ganze Pflanze ausbreiten. Die Resistenzreaktionen sind hauptsächlich von Salicylsäure (salicylic acid, SA), Jasmonsäure (jasmonic acid, JA) und Ethylen (ethylene, ET) abhängig. Ziel dieser Dissertation ist, ein besseres Verständnis der molekularen Charakteristika der Entstehung von SAR zu ermöglichen. Hierfür untersuchte ich die metabolischen Veränderungen, welche nach einem Angriff durch Pseudomonas syringae pv. maculicola (Psm) in Arabidopsis thaliana auftreten, sowohl am Ort der Inokulation als auch in systemischen (nicht inokulierten) Blättern. Als Folge der Pathogenerkennung erhöhte sich bei mehreren Aminosäuren, u.a. Trp, Phe, Leu und Lys der Spiegel. Insbesondere Pipecolinsäure (Pip) und α-aminoadipische Säure (Aad) reicherten sich stark in inokulierten Blättern an. Es wurde festgestellt, dass Pip durch AGD2-LIKE DEFENSE RESPONSE PROTEIN 1 (ALD1)-aminotransferase synthetisiert wird. ald1-Mutanten zeigten sowohl Defekte in SAR als auch in der basalen und spezifischen Resistenz. Weiterhin wurde festgestellt, dass Pip auch in vom Ort der Inokulation entfernten Blättern und im Gegensatz zu anderen Aminosäuren auch im Blattstiel-Exsudat, welches von mit Pathogen inokulierten Blättern gesammelt wurde, stark akkumulierte. Zuführen von Pip über die Wurzeln der Pflanzen kompensierte die Defekte von ald1 in Resistenzreaktionen und erhöhte die Resistenz im Wildtyp. Daher ist Pip-Anreicherung von kritischer Bedeutung für SAR und lokaler Resistenz gegen Angriff durch bakterielle Pathogene. Exogene Behandlung mit BABA erhöhte den Pip-Spiegel im Wildtyp. BABA-induzierte Resistenz war im ald1-Mutanten vollkommen geblockt, was zeigt, dass die induzierte Biosynthese von Pip nach Anwendung von BABA erhöhte Resistenz der Pflanze verursacht. Zusätzlich stand biologisch induzierte SAR in Zusammenhang mit erhöhten Mengen an SA, Phytoalexin, Camalexin und Pip. Exogenes Pip beeinflusste sowohl die Biosynthese von SA und Camalexin positiv und verstärkte die Expression von Abwehrgenen. Außerdem fehlte biologisch induziertes „defence priming“ im ald1-Mutanten. Dieser Effekt wurde durch exogenes appliziertes Pip teilweise wiederhergestellt. Diese Daten zeigen, dass Pip Pflanzen in einen ‚geprimeten‘, SAR-ähnlichen Zustand versetzt. Exogenes Pip potenzierte auch die Expression von ALD1. Diese Beobachtung, kombiniert mit der Tatsache, dass die Akkumulation von Pip während SAR verstärkt ist zeugt von einem positiven Verteidigungs-Amplifikations-Loop innerhalb SARs. Diese Amplifikation scheint den wichtigen in SAR mitwirkenden Stoff FMO1 (FLAVIN-DEPENDENT MONOOXYGENASE 1) zu beinhalten, da fmo1-Mutanten in Pip-induzierte Resistent vollkommen geblockt waren, systemisch keine ALD1- Expression zeigten und die Expression von FMO1 nach Behandlung mit Pip ‚geprimt‘ war. Charakterisierte pflanzliche oder tierische FMOs oxidieren entweder Stickstoff oder Schwefelhaltige Substrate. Insofern liegt es nahe zu spekulieren, dass FMO1 Pip oder eines seiner Derivate eine oxidierte Form verwandelt, um das Pip-Signal zu übertragen. Diese Hypothese würde auch die Beobachtung erklären, dass Pip in pathogen-inokulierten Blättern überakkumuliert. Diese Arbeit liefert den Beweis, dass Pipecolinsäure, eine nicht proteinische Aminosäure und ein Pflanzen und Tieren gemeiner Lysin-Katabolit, als neuer kritischer Regulator induzierbarer Pflanzenimmunität fungiert. Plants are continuously exposed to various pathogens towards which they have evolved a sophisticated network of defence mechanisms. One of these defence mechanisms is systemic acquired resistance (SAR) which activates defence responses spreading from the site of pathogen attack through the whole plant. The resistance responses are mostly dependent on the hormones salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA) and ethylene (ET). The aim of this thesis was to provide a better understanding of the molecular characteristics of SAR establishment. Therefore, I studied metabolic changes that occur in Arabidopsis thaliana after Pseudomonas syringae pv. maculicola (Psm) attack, at the site of inoculation and also in systemic (not inoculated) leaves. Following pathogen recognition, several amino acids increased their levels, such as Trp, Phe, Leu, Lys, however, particularly pipecolic acid (Pip) and α-aminoadipic acid (Aad) highly accumulated in inoculated leaves. Pip and Aad are products of Lys catabolism. It was found that Aad production is dependent on LKR/SHD (known enzyme of Lys degradation via saccharopine pathway). In contrast, Pip level in lkr mutants was comparable to wild type. It was established that Pip is synthesized by AGD2-LIKE DEFENSE RESPONSE PROTEIN 1 (ALD1)-aminotransferase. The ald1 mutant plants displayed defects in SAR as well as in basal and specific resistance. Moreover, Pip was found to highly accumulate also in leaves distal from the site of initial inoculation, and, compared to many other amino acids, in petiole exudate collected from pathogen-inoculated leaves. Exogenous application of Pip rescued the defects of ald1 in resistance responses and increased resistance in the wild type. Thus Pip accumulation is critical for SAR and local resistance to bacterial pathogen attack. Exogenous β-aminobutyric acid (BABA) treatment increased Pip level in wild type plants. The BABA-induced resistance was fully blocked in the ald1 mutant, indicating that induced biosynthesis of Pip following BABA application is causative for the enhanced plant resistance. In addition, biologically-induced SAR was associated with enhanced levels of SA, phytoalexin camalexin and Pip. Exogenous Pip also positively affected SA and camalexin biosynthesis, as well as enhanced expression of defence related genes. Moreover, biologically induced defence priming was absent in the ald1 mutant and this effect was partly restored by exogenous Pip. These data indicate that Pip promotes plants to a primed, SAR-like state. Exogenous Pip potentiated ALD1 expression also. This observation, combined with the fact that Pip accumulation is boosted during SAR indicates a positive defence amplification loop within SAR. This amplification seems to include SAR important player FMO1 (FLAVIN-DEPENDENT MONOOXYGENASE 1), since fmo1 mutant plants were fully blocked in Pip induced resistance, did not possess ALD1 expression systemically, and expression of FMO1 was primed upon Pip treatment. Characterized FMOs from plants or animals oxygenize either nitrogen- or sulphur-containing substrates. It is thus tempting to speculate that FMO1 would convert Pip or a Pip derivative into an oxygenized form to transduce the Pip signal. This hypothesis would also explain the observation that fmo1 over-accumulates Pip in pathogen-inoculated leaves. This thesis provides evidence that non-protein amino acid, pipecolic acid, a common lysine catabolite in plants and animal, functions as a novel critical regulator of inducible plant immunity.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	08.11.2012
Dateien geändert am:	20.11.2012
Datum der Promotion:	02.10.2012