Proteomanalytische Untersuchung der Expansin-vermittelten Wachstumsdepression zweier unterschiedlich salzresistenter Maishybriden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bodensalinität hat einen gravierenden Einfluss auf den Ernährungszustand und das Wachstum von Kulturpflanzen. Salzstress vermindert das Wachstum von Pflanzen und führt zu Ertragseinbußen bei Kulturpflanzen. Im Projekt wurde der Beitrag der Zellwand am verminderten Wachstum nach Stress analysiert. Es wurde explizit nachgewiesen, dass die apoplastischen Expansine zum verminderten Wachstum von Mais unter Salzstress beitragen. Hierbei spielen die α Expansine gegenüber den β-Expansinen eine untergeordnete Rolle. Salzstress führt bei Mais zu einer Alkalisierung des Apoplasten. Expansine sind apoplastische Proteine, die für die Extensibilität der Zellwand und deren Wachstum verantwortlich sind. Sie haben ein saures pH-Wert-Optimum. Unter Stressbedingungen kann ein resistenter Genotyp den Apoplasten stärker ansäuern als ein sensitiver. Ein saures pH-Wert Optimum von 4,3 (für ß-Expansin) führt zu einer verbesserten Reaktionsbedingung der ß-Expansine und damit zum verbesserten Wachstum durch eine verbesserte Zellwandlockerung. Es wurden wall-loosening-related Parameter wie z. B. die physische Extensibilität der Zellwand mittels Expansiometrie untersucht. Dabei wurde herausgefunden, dass die epidermalen Zellwände des resistenten Hybriden stärker extensible unter Salzstress waren. Im Vergleich dazu waren die Zellwände des sensitiven Hybriden steifer. Dies kann möglicherweise auf die reduzierte Abundanz von Zellwandloosening β-Expansinen nach kurzzeit-Stress zurückgeführt werden. Zusätzlich haben proteomanalytische Untersuchungen gezeigt, dass Expansine unter Salzstress vermindert werden und dass sie damit höchstwahrscheinlich wesentlich zur Wachstumsreduktion beitragen. Bereits die Behandlung von Mais mit einem Salzstress von 100 mM für acht Tage reduziert die Größe der epidermalen Zellen. Dies führt zur Wachstumsreduktion unter Stress. Die epidermalen Zellwände sind steifer, dies wird mitverursacht durch eine verminderte Expression von zellwand-lockernden ß-Expansinen. Weiterhin wurde mittels 2D-Weternblots gezeigt, dass die Expansin-Isoform 6 aus Maisblättern im resistenten Genotypen zum verbesserten Wachstum (bzw. weniger stark vermindertem Wachstum) beiträgt, somit neben der Aktivität auch die Abundanz bestimmter Expansine eine wichtige Rolle spielt. Die Verteilung der Pflanzenhormone Auxin und ABA wurde in beiden Hybriden unter Stressbzw. Kontrollbedingungen gemessen und dabei festgestellt, dass die ABA Konzentrationen signifikant erhöht waren im resistenten Maishybrid. diese Erhöhung der ABA Konzentration kann auch zur Ansäuerung des Apoplasten beigetragen haben, welches dann wiederum auf die Aktivität der Expansine rückkoppelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010) Salt stress differentially affects growthmediating ß-expansins in resistant and sensitive maize (Zea mays L.). Plant Physiology and Biochemistry, 48, 993-998
Geilfus C. M., Zörb C, Mühling K. H.
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(2011) Differential transcript expression of wall-loosening candidates in leaves of maize cultivars differing in salt resistance. Journal of Plant Growth Regulation, 30, 387-395
Geilfus C. M., Zörb C, Neuhaus C., Hansen T., Lüthen H., Mühling K. H.
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(2011) β-Expansins are divergently abundant in maize cultivars that contrast in their degree of salt resistance. Plant Signaling & Behavior, 6, 1279-1281
Geilfus C. M., Neuhaus C., Mühling K. H., Zörb C.
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(2012) Elucidation of salt stress defense and tolerance mechanisms of crop plants using proteomics Current achievements and perspectives. Proteomics, 13, 1885-1900
Barkla B.J., Castellanos-Cervantes T., Diaz de León J.L., Matros A., Mock H.-P., Perez-Alfocea F., Salekdeh G.H., Witzel K., Zörb C.
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(2012) Growth-related changes in subcellular ion patterns in maize leaves (Zea mays L.) under salt stress. Journal of Agronomy and Crop Science, 198, 46-56
Shahzad M., Witzel K., Zörb C., Mühling K. H.
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(2013) The influence of salt stress on ABA and auxin concentrations in two maize cultivars differing in saltresistance. Journal of Plant Physiology, 170, 220-224
Zörb, C., Geilfus C.-M., Mühling K. H., Ludwig-Müller J.
