Dokument: The Role of the Bundle Sheath in the Leaf Development of C3 plants

Titel:	The Role of the Bundle Sheath in the Leaf Development of C3 plants
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=23411
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130107-104357-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rosar, Christian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 17,27 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 03.01.2013 / geändert 03.01.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Weber, Andreas P. M. [Gutachter] Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Retikulierte Arabidopsis-Mutanten sind in der Entwicklung der inneren Blattarchitektur gestört, denn sie weisen ein desintegriertes Mesophyll (M) aber intaktes Leitgewebe und eine intakte Bündelscheide (BS) auf. Im Gegensatz zu C4-Pflanzen ist die Rolle der BS in C3-Pflanzen kaum untersucht. Retikulierte Mutanten sind im Primärmetabolismus stark beeinträchtigt. Während die molekulare Identität der klassischen retikulierten Mutante cue1 (Streatfield et al., 1999), ven3 und ven6 (Mollá-Morales et al., 2011) auf Proteinebene aufgeklärt wurde, war der defekte Genlokus der Mutante dov1 (Kinsman and Pyke, 1998) zu Beginn des Projektes unbekannt. Zwar war RE genetisch lokalisiert, die Proteinfunktion jedoch unbekannt (González-Bayón et al., 2006). In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion des DOV1-Proteins als Schlüsselenzym der Purin-Biosynthese identifiziert (Rosar et al., 2012, Manuscript 2) und die Funktion von RE in einer komparativen Studie auf den Aminosäurestoffwechsel eingeschränkt (Manuscript 3). Ferner liegen experimentelle Befunde vor, die RE als einen plastidären Aminosäuretransporter erscheinen lassen (Addendum). Es konnte gezeigt werden, dass dov1 im ATase2 Gen mutiert ist, das für die Glutaminphosphoribosylaminotransferase 2 (ATase2) kodiert. Dieses Enzym katalysiert die erste Reaktion in der de novo Purinbiosynthese. Enzymaktivitätsmessungen zeigten, dass das mutierte Protein DOV1 in seiner Aktivität herabgesetzt ist. Die Konzentration von Zytokininen – Purinderivaten – war in dov1-Pflanzen erniedrigt. Zytokinine sind Pflanzenhormone, die das Wachstum positiv beeinflussen. Fütterung von Zytokinin und Hormon-Reporter-Experimente zeigten, dass sehr wahrscheinlich die erniedrigten Puringehalte und nicht die erniedrigten Zytokininkonzentrationen primär ursächlich für den dov1 Phänotyp sind. Der Einfluss des Purinstoffwechsels auf das Pflanzenwachstum wurde in systematisierten Wachstumsexperimenten gezeigt (Rosar et al., 2012, Manuscript 2). Re-Mutanten wurden vor mehr als fünfzig Jahren das erste Mal beschrieben (Rédei and Hironyo, 1964), später genetisch kartiert und morphologisch charakterisiert (González-Bayón et al., 2006). Transkriptionsstudien, intensive Metabolitanalysen, Hormonkonzentrationsbestimmungen, Hormon-Antworten in Reporter-Pflanzenlinien und ein Vergleich mit der gut charakterisierten cue1-Mutante zeigte, das re im Aminosäurestoffwechsel beeinflusst ist (Manuskript 2). Auch cue1, ven3 und ven6 sind im Aminosäurestoffwechsel beeinflusst. Die genaue Funktion von RE bleibt jedoch unbekannt. Die Ursache des retikulierten Blattphänotyps wird im Zusammenhang einer limitierten Verfügbarkeit von Primärmetaboliten oder einem gestörten Signalweg diskutiert. Diese Hypothesen, und die einer Kompartimentierung des Aminosäurestoffwechsels zwischen Leitgewebe/BS und M, werden im Manuscript 1 diskutiert, welches als Review formuliert ist. In diesem Review werden retikulierte und variegierte Mutanten verglichen und die zugrundeliegenden Hypothesen kritisch diskutiert. Die soweit etablierten experimentellen Befunde und geschaffenen Grundlagen für das gewebsspezifische transkriptionelle Profil von M und BS werden im Addendum zusammengefasst. Es konnten in Paraffin fixierte Gewebeschnitte hoher Qualität erzeugt werden, die eine Isolation reiner RNA für transkriptionelle Analysen erlauben. Reticulate Arabidopsis leaf mutants are defective in processes governing the development of the inner leaf architecture. These mutants are aberrant in the mesophyll (M) but have an intact vasculature and bundle sheath (BS). While the role of the BS in C4 plants is well established, knowledge about the BS in C3 plants is scarce. Reticulate mutants are defective in primary metabolism. While the molecular identity of the reticulated mutants cue1 (Streatfield et al., 1999) and ven3/6 (Mollá-Morales et al., 2011) was established, the nature of dov1 (Kinsman and Pyke, 1998) and re (González-Bayón et al., 2006) was unknown at the beginning of the PhD project. In this study, we genetically mapped DOV1 and identified the function of the gene product as a key enzyme in purine biosynthesis (Rosar et al., 2012, Manuscript 2). In a comparative approach with cue1, we showed that RE is involved in amino acid metabolism (Manuscript 3). Due to strong experimental evidence RE is further hypothesized to transport amino acids across plastid envelopes (Addendum). By positional cloning, it was demonstrated that dov1 is defective in the ATase2 gene, encoding the glutamine phosphoribosyl aminotransferase 2 (ATase2), an enzyme of the first step of de novo purine biosynthesis (Manuscript 2). Enzyme activity tests demonstrated lowered activity for the mutated protein. The purine-derived cytokinins, phytohormones promoting plant growth, are present at lower levels in the mutant. Cytokinin feeding and hormone reporter assays showed that likely lowered purine levels and not decreased cytokinin concentrations are primarily responsible for the dov1 phenotype. The influence of purine metabolism was assessed with systematic growth screens. Re was first described more than fifty years ago (Rédei and Hironyo, 1964), morphologically described and genetically mapped about forty years later (González-Bayón et al., 2006). Transcriptional profiling, extensive metabolite analysis, hormone level determination and hormone response patterns, and a comparison to the characterized cue1 mutant, suggested that re is affected in leaf amino acid metabolism (Manuscript 3). Cue1, ven3, ven6, and other reticulated mutant are affected in amino acid metabolism. RE´s function, however, remains elusive. The basis of the reticulated phenotype is discussed as either caused by a limited supply of primary metabolites or an affected signaling event. These hypotheses and a hypothesis of a partitioned synthesis of amino acids between M and vasculature/BS are presented in Manuscript 1, a review. In this review, reticulated and variegated mutants are compared and underlying hypotheses are critically discussed. Further experimental evidence prompted us to hypothesize that RE is a novel plastidic amino acid transporter (Addendum). The thus far established experimental setup for tissue specific transcriptional profiling is summarized in the Addendum. High quality cross-sections of fixed and paraffinized leaf tissue were achieved, harboring RNA of high integrity for further transcriptional analysis.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Biochemie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	07.01.2013
Dateien geändert am:	07.01.2013
Promotionsantrag am:	17.12.2011
Datum der Promotion:	06.12.2012