Chloridtransport und Salztoleranzmechanismen in Pflanzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt hatte zum Ziel, Salztoleranzmechanismen in Pflanzen offenzulegen. Der Fokus galt dem Anionentransport und seiner Bedeutung für mögliche Toleranzmechanismen. Dazu wurden Arabidopsis thaliana (Col-0) und ihre Verwandte, die mutmaßlich saltzresistente Art Thellungiella salsuginea (Shandong) miteinander verglichen. Ein breit angelegtes Screening zeigte, daß beide Arten unterschiedlich auf Salzstreß reagieren und ein unmittelbarer Vergleich wenig sinnvoll ist. Thellungiella ist nicht durchgehend salztolerant, sondern bildet eine konstitutive Salztoleranz erst im Verlauf fortgeschrittener Entwicklung aus. Arabidopsis ist demgegenüber nicht ausgesprochen salzsensitiv und ist auch als junge Pflanze in der Lage vergleichsweise hohe Salzkonzentrationen zu tolerieren. Zur näheren Charakterisierung der Chloridaufnahme unter Salzstreß wurde der Einfluß verschiedener Stoffe getestet. Sowohl Schleifendiuretika (beeinflussen Cationen-Cloridcotransporter) als auch Anionen-Kanalblocker können die Aufnahmekinetik beeinflussen. Eine eindeutige Zuordnung der beim Salzstreß beteiligten Transporter zu der Gruppe der CCCs oder der Gruppe der CLCs ist auf diesem Wege nicht möglich. Durch divalente und trivalente Kationen wird der Anionenstrom geblockt. Calcium zeigt bereits in sub-millimolaren Konzentrationen deutliche Wirkung. Auch der äußere pH und die interne Calciumverfügbarkeit sind ausschlaggebend. Pflanzen die unter Calciummangel leiden zeigen andere Anionenkinetiken als solche, die ausreichend Calcium zur Verfügung haben. Gesamt-Kationen-Analysen (AAS) zeigten, daß in diesem Zusammenhang auch die Eisenverfügbarkeit wichtig ist. Die Redoxempfindlichkeit des Chloridtransportes ließ auf eine wichtige Rolle des antioxidativen Systems beim Salzstreß schließen. Dahingehende Untersuchungen ergaben deutliche Unterschiede zwischen Arabidopsis und Thellungiella. Offensichtlich ist Arabidopis sehr flexibel in der Lage sich an salzbedingt schlechte Bedingungen anzupassen, während Thellungiella konstitutiv höhere antioxidative Kapazitäten vorhält. Diese Untersuchungen schlossen die Quantifizierung der Aktivität häm-haltiger Enzyme des antioxidativen Systems (Peroxidasen, Superoxiddismutasen) ein und bestätigten die wichtige Rolle der Eisenverfügbarkeit in Arabidopsis. Auf molekularer Ebene wurde versucht, alle in Frage kommenden Chloridtransporter näher zu untersuchen. Die molekulare Charakterisierung des At-CCC gelang einer anderen Arbeitsgruppe schneller. Im Rahmen dieses Projektes wurde daher der tonoplast-lokalisierte Anionenkanal AtCLC-A funktionell näher charakterisiert. Es konnte unmittelbar bestätigt werden, daß durch Austausch einer Aminosäure im Selektionsfilter dieses Transporters (P160S) sich die Anionenselektivität von nitrat-selektiv zu chlorid-selektiv verschiebt. Unter Salzstreß spielt dieser Transporter vermutlich eine entscheidende Rolle bei der Verlagerung von Anionen in die Vakuole. Weitere Arbeiten, wie die Rekonstitution der klonierten Transporter und ihre Charakterisierung in Lipidvesikeln, sowie die Untersuchung von Deletionsmutanten sind noch nicht abgeschlossen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Biolistic bombardment allows transient co-expression to 100%" Botanikertagung 2007 (3.-7.9.2007) Hamburg, FRG - Conf.-Track 674 Abstract P08:3
Pohanke, J., Saleh, L., Plieth, C.
- "Internal and external Ca2+ ion availabilities differ in controlling salt stress-induced chloride influx" Botanikertagung 2007 (3.-7.9.2007) Hamburg, FRG - Conf.-Track 662 Abstract P13:18
Saleh, L., Plieth, C.
- "Changes in the antioxidative system in plants during abiotic stress" International Conference on 'Plant Abiotic Stress Tolerance' Vienna, Austria, (8.-11. February 2009) Abstract N44, p.63
Saleh, L., Plieth, C.
- "How do plants fight excessive superoxide formation under abiotic stress?" Botanikertagung 2009 (6.-10. September 2009) Leipzig, FRG - Abstract S16- 23
Saleh, L., Plieth, C.
- "Low molecular weight antioxidants quantified by an integrated chemoluminescence assay." Botanikertagung 2009 (6.-10. September 2009) Leipzig, FRG - Abstract S16-26
Saleh, L., Plieth, C.
- 2009 "Fingerprinting antioxidative activities in plants" Plant Methods 5:2
Saleh, L.; Plieth, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1746-4811-5-2) - "Antioxidative Defence Mechanisms in Two Contrasting Barley Genotypes under Salt Stress" Symposium Genetics of Plant Mineral Nutrition 2010 (30. September - 2. October 2010) Hannover, FRG - Abstract 121 p.161
Saleh, L; Plieth, C; Mock, H.-P.; Mühling, K.-H.; Witzel, K
- 2010 "A coelenterazine-based luminescence assay to quantify high molecular weight superoxide anion scavenger activities (SOSA)" Nature Protocols 5(10): 1635-1641
Saleh, L.; Plieth, C.
- 2010 "Total low molecular weight antioxidants as a summary parameter, quantified in biological samples by a chemiluminescent inhibition assay" Nature Protocols 5(10): 1627-1634
Saleh, L.; Plieth, C.
