Dokument: Wachstumsdynamik von Nicotiana attenuata nach simulierter Herbivorie

Titel:	Wachstumsdynamik von Nicotiana attenuata nach simulierter Herbivorie
Weiterer Titel:	Growth dynamics of Nicotiana attenuata after simulated herbivory
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7740
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080429-112059-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dipl. Biol. Hummel, Gregoire [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,31 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.04.2008 / geändert 28.04.2008
Beitragende:	Prof. Dr. Schurr, Ulrich [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Lösch, Rainer [Gutachter]
Stichwörter:	Herbivorie, Root growth dynamics, Jasmonate, Nicotine, plant defence, ethylene, digital image sequence processing, Rapid alcalisatiob factor (RALF), Manduca sexta, trichomes, fatty acid-amino acid conjugates
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	The appropriate regulation of plant growth in response to environmental cues has adaptive significance. Accordingly, plants have evolved precise mechanisms for such regulation in order to acclimate to myriads of fluctuating biotic and abiotic factors. Herbivory attack displays a prime biotic stress factor and induces physiological and morphological defense traits diverting limited resources from primary (growth-sustaining) to secondary (defense-related) metabolism. The aim of the present PhD thesis was to use imaging methods to monitor growth dynamics after simulated herbivore attack at high temporal and spatial scale to compare growth with defense and hormonal dynamics and to elucidate mechanisms of endogenous growth control. Nicotiana attenuata and the natural specialist lepidopteran herbivore Manduca sexta was used as a system to study these biotic interactions, as the signals activating herbivore defense responses are known. The PhD demonstrated that simulated herbivory reduces root growth transiently and affects roots stronger than shoots. The reaction of root growth was superimposed by a strong diel variation of root growth, which was caused by the fluctuating temperature to which the plants were exposed. A strong positive correlation of N. attenuata root growth with temperature was found. Apart from the observed root growth reaction, defense traits such as increased nicotine concentration, trichome length and density were activated within 72 h after wounding.The kinetics of the root growth depression point on a superposition of two physiological effects: The immediate decrease in root growth might be explained by a hydraulic response due to the loss of water and turgor pressure. Thereafter, a specific response towards the oral secretions of M. sexta, which coincides with the time frame for the systemic increase of jasmonic acid (JA) transported from shoot to root. Further experiments indicated that the response was elicited by fatty acid-amino acid conjugates that are contained in the oral secretions. With mutant lines of N. attenuata silenced in the biosynthesis and the perception of JA (asLOX3 and irCOI1-plants, respectively) and treatments with 1-methylcyclopropene (ethylene activation blocker) it was demonstrated that the reduction in root growth upon simulated herbivory is mediated via wound induced JA and not ethylene. Furthermore a strong induction of the oligopeptide RALF was found in roots after wounding, and experiments with plants silenced in their expression of RALF show increased root growth, suggesting that RALF is needed for regulating and development of root growth. To conclude JA signaling is involved in mediating root growth inhibition and demonstrates how the shoot may regulate reduction in root growth. This PhD thesis provides further evidence that endogenous JA acts as a distress signal, slowing vegetative growth during defense responses. Pflanzen verfügen über die Möglichkeit, ihr Wachstum flexibel an sich permanent ändernde Umweltbedingungen anzupassen. Innerhalb ihrer genetischen Möglichkeiten können sie sich an biotischen und abiotischen Umweltstress kurzfristig akklimatisieren und längerfristig adaptieren. Herbivorie stellt einen der größten biotischen Stressfaktoren dar. Insektenfraß induziert den Aufbau von physiologischen und morphologischen Verteidigungseigenschaften, welche hohe Investitionen limitierter Ressourcen und Energie erfordern, die dem Wachstum und der Reproduktion nicht mehr zur Verfügung stehen. Es entsteht eine Konkurrenz (trade-off) um Nährstoffe zwischen dem primären und sekundären Metabolismus. Ziel der vorliegenden Dissertation war es, mit Hilfe von zeitlich und räumlich hochauflösender Bildsequenzverarbeitung die Wachstumsdynamik nach simulierter Herbivorie zu untersuchen. Der Vergleich hormoneller Dynamiken mit Wachstumsdynamiken soll hierbei genutzt werden, um mögliche intrinsische Mechanismen der Wachstumskontrollen oder Wachstumssignale aufzuklären. Um die Interaktion zwischen Wachstum und Verteidigung zu untersuchen, wurden Nicotiana attenuata und der spezialisierte Schwärmer Manduca sexta als Modellsystem ausgewählt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine simulierte Herbivorie Attacke des Primärblattes das Wachstum temporär reduziert. Die Wurzel ist stärker betroffen als der Spross. Die Verwundungsreaktion der Wurzel unterliegt einem starken Tagesgang, der durch die Temperaturschwankung des Substrates herbeigeführt wird. Es konnte eine starke positive Korrelation zwischen dem Wurzelwachstum und der Temperatur gezeigt werden. Die genauere Betrachtung der Wachstumskinetik ergibt, dass zwei Effekte an der Reduktion des Wurzelwachstums beteiligt sind. Der erste starke Rückgang des Wurzelwachstums ist mit einem hydraulischen Effekt erklärbar: die Verletzung des Blattgewebes ist mit einer Reduktion des Tugors verknüpft, welche eine sofortige Verringerung des Wachstums nach sich zieht. Ein zweiter verzögerter Effekt ist zu erkennen, der spezifisch durch die Applikation von oralen Sekreten der Larve verstärkt wird und mit der Dynamik der durch Verwundung ausgelösten Jasmonsäureproduktion (JS) übereinstimmt. Diese Reaktion konnte mit der Applikation von Fettsäure-Aminosäure-Konjugaten, welche im oralen Sekret des Larvenspeichels enthalten sind reproduziert werden. Des Weiteren wurden Mutanten von N. attenuata herangezogen, deren JS-Produktion (NaasLOX3) und JS-Wahrnehmung (NairCOI1) stark reduziert ist. Versuche zeigten, dass JS für den zweiten Abfall des Wurzelwachstums verantwortlich ist. Das ebenfalls bei Herbivorie induzierte Ethylen hingegen hat keinen Einfluss auf das Wurzelwachstum, was mit Hilfe von 1-Methylcyclopropen (Ethylen-Blocker) ermittelt werden konnte. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass das Oligopeptid RALF nach Verwundung in der Wurzel verstärkt exprimiert wird. Mutanten deren RALF Biosynthese stark reduziert wurde, erreichten ein höheres Wurzelwachstum als der Wildtyp. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass endogene JS-Produktion das Wachstum beeinflußt und eine Möglichkeit darstellt, wie der Sproß nach Herbivorie über Signale das Wurzel-wachstum reduziert. JS induziert demnach nicht nur die Verteidigungsmechanismen, sondern verringert gleichzeitig das vegetative Wachstum.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	28.04.2008
Dateien geändert am:	28.04.2008
Promotionsantrag am:	01.11.0007
Datum der Promotion:	24.01.0008