Dokument: Systemic effects of mycorrhization on root and shoot physiology of Lycopersicon esculentum

Titel:	Systemic effects of mycorrhization on root and shoot physiology of Lycopersicon esculentum
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3604
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070215-080935-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Klug, Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,40 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Janzik, Ingar [Gutachter] Prof. Dr. Schurr, Ulrich [Gutachter]
Stichwörter:	Tomate, Mykorrhiza, VAM, Glomus, Ozon, Shikimatweg, DAHPS, C/Ntomato, mycorrhiza, VAM, Glomus, ozone, shikimate pathway, prechorismate pathway, DAHPS, C/N
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik)
Beschreibungen:	Der Einfluss von Mykorrhizierung mit Glomus intraradices auf Physiologie und Shikimatweg-Transkription von Tomatenpflanzen wurde in einem Splitroot-System untersucht, um zwischen lokalen Effekten in der mykorrhizierten Wurzel und systemischen Effekten im Spross und in nicht mykorrhizierten Wurzelteilen einer halb-mykorrhizierten Wurzel zu unterscheiden. Mykorrhizierung führte zu vermindertem Wachstum und reduzierten Kohlenstoff- und Kohlenhydrat-Konzentrationen in voll- und halb-mykorrhizierten Wurzeln im Vergleich zu Kontrollpflanzen. Auch die beiden Seiten der halb-mykorrhizierten Wurzel zeigten dieselben niedrigen Kohlenstoff-Konzentrationen, was auf einen systemischen Einfluß in der C-Verfügbarkeit und einen hohen C-Bedarf des Pilzes hindeutet. Dagegen waren in der voll etablierten Symbiose die Stickstoff-Konzentrationen in Wurzeln und Sprossen mykorrhizierter Pflanzen höher als in Kontrollen. In der mykorrhizierten Wurzelhälfte von halb-mykorrhizierten Wurzeln waren die Konzentrationen ebenfalls höher als in der nicht mykorrhizierten Hälfte. Das deutet auf eine bessere Nährelement-Versorgung durch den Pilz hin, auf Kosten der Versorgung der nicht mykorrhizierten Wurzeln. Trotz der verbesserten Nährstoff- und insbesondere der Stickstoffversorgung, die potentiell zu einer vermehrten Aminosäure-Synthese führt, war der Syntheseweg der drei aromatischen Aminosäuren, der Shikimatweg, in der voll etablierten Symbiose nicht transkriptionell reguliert. Allerdings konnte in der frühen Phase der Symbiose zum ersten Mal eine erhöhte Menge an Shikimatweg-Transkripten aufgrund der Mykorrhizierung gezeigt werden. Dies legt eine Beteiligung des Shikimatwegs an der pflanzlichen Abwehr zu Beginn der Symbiose und einen Einfluss von Änderungen im Zuckermetabolismus auf den Shikimatweg nahe. Eine genauere Analyse des Eingangsenzyms des Shikimatwegs zeigt, dass eine der zwei bekannten Isoformen (DAHPS2) durch Mykorrhizierung induziert war. Diese Isoform wurde ebenfalls durch einen Ozonpuls induziert, wohingegen die andere Isoform unter den untersuchten Bedingungen nicht reguliert war. Außerdem hatte die Mykorrhizierung einen Einfluß auf die Reaktion des Spross auf Ozon. Die zusätzliche Behandlung von mykorrhizierten Pflanzen mit Ozon führte, abhängig vom Mykorrhizierungs-Grad, zu einer zusätzlichen Induktion der DAHPS2 im Spross. Ozon löste nur in Sprossen nicht-mykorrhizierter Pflanzen eine Induktion von VOC-Emissionen und erhöhte Glutathion-Konzentrationen aus, was auf veränderte Spross-Wurzel-Interaktionen und deren Signalkaskaden in mykorrhizierten Pflanzen hindeutet. Weder Jasmonsäure- noch Hexenal- oder Methylsalicylat-Emissionen scheinen für die Regulation der DAHP-Synthase nach Ozonexposition relevant zu sein. Ozon allein induziert nicht nur den Shikimatweg im Spross, sondern auch isoform-spezifisch die DAHP-Synthase in Wurzeln, was eine schnelle Signalvermittlung zwischen Spross und Wurzeln erfordert. Ob die Signalweiterleitung vom Spross in die Wurzel nach Ozonbehandlung von denselben Substanzen vermittelt wird wie in der Mykorrhiza-Symbiose von den Wurzeln in den Spross, ist nicht geklärt. Dass mehere Stoffwechselwege und Substanzen reguliert wurden, unterstreicht, dass durch Wurzel-Symbiosen und oberirdische Umweltparameter zahlreiche Umprogrammierungen im pflanzlichen Stoffwechsel ausgelöst werden. In a splitroot system, the influence of mycorrhization of tomato plants with the vesicular-arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices on physiology and shikimate pathway transcription was investigated to distinguish between local effects in the mycorrhizal roots and systemic effects in the shoot and in the non-mycorrhizal part of a half-mycorrhizal root. Mycorrhization caused a growth depression and reduced concentrations of elemental carbon and carbohydrates in mycorrhizal and half mycorrhizal roots compared to controls. The two parts of the half mycorrhizal root showed the same low carbon concentration, indicating a systemic effect on carbon availability in the root and the great sink strength of the fungus. Despite, in a developed symbiosis the elevated nitrogen concentration in shoots and roots of mycorrhizal plants, with higher concentrations in the mycorrhizal part of the half mycorrhizal roots, indicated a better supply of mycorrhizal roots and shoots with nutrients, on the cost of nitrogen supply of the non-mycorrhizal part of the root. Although increased nitrogen levels could lead to increased amino acid synthesis, the biosynthesis pathway for the three aromatic amino acids, the shikimate pathway, was not regulated in this later stage of the symbiosis. However, elevated shikimate pathway transcripts in mycorrhizal roots in the early stage of the symbiosis were demonstrated for the first time. This indicates an involvement of the shikimate pathway in early defence responses against the fungus and an influence of changes in carbon status and sugar metabolism on the pathway. A more detailed look to the entry enzyme of the shikimate pathway in plants revealed that one of its two isoforms (DAHPS2) was upregulated by mycorrhization. This one was also induced by short-term ozone exposure, whereas the other was unaffected under the investigated conditions. Furthermore, an influence of mycorrhization on the shoot reaction to ozone was found. Dependent on the mycorrhization rate, an additional treatment with ozone caused additive DAHPS induction of the second isoform in shoots. VOC emissions and glutathione concentrations were only elevated in shoots of non-mycorrhizal plants after ozone exposure, indicating changes in root-shoot interactions involving signalling cascades. Neither early jasmonic acid or hexenal induction nor later methyl-salicylate emissions seem to be relevant in the regulation of DAHPS in response to ozone. Moreover, ozone alone did not only induce the shikimate pathway in shoots, but there was also an isoform specific induction of DAHPS transcripts in roots after ozone treatment, what would require a fast transduction of a shoot signal to the roots. Whether the signalling from shoot to root after ozone exposure is mediated by the same compounds as the root to shoot signalling in the mycorrhizal symbiosis still remains unclear. Furthermore, the different affected pathways and substances may be influenced by different signalling cascades, reflecting the various re-programming in plant metabolism during interactions with belowground symbionts and aboveground environmental parameters.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe
Dokument erstellt am:	11.01.2007
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	06.11.2006
Datum der Promotion:	06.11.2006