Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels wachsender Pflanzengewebe durch physiologische Signale
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen haben im Gegensatz zu Tieren kein effektives Verteilungssystem, das Sauerstoff in ihre Gewebe transportiert. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass Pflanzen Anpassungsmechanismen besitzen, um ein zu starkes Absinken von Sauerstoff und das Eintreten von Anaerobiose zu vermeiden. Sie führen zu einer breiten Depression des Stoffwechsels, einem Umschalten auf energiesparende Stoffwechselwege und Anpassungen in Wachstum und Morphologie. Dies erfordert ein Signalsystem, das Änderungen interner Sauerstoffkonzentrationen wahrnimmt und reguliert noch bevor Sauerstoff so tief sinkt, dass die Konzentration limitierend für physiologische Prozesse wird. Im Gegensatz zu anderen Organismen, sind die Sauerstoffsensoren und die damit verbundenen Signalkomponenten in Pflanzen weitgehend unerforscht. In diesem Projekt sollte daher die Tragfähigkeit verschiedener Ansätze gelestet werden, um Kandidaten zu identifizieren, die an einer Anpassung des Stoffwechsels an moderate Änderungen der Sauerstoffkonzentration beteiligt sind. In einem ersten, biochemischen Ansatz wurden mit Hilfe multiparalleler Transkript- und Metabolit-Analyse mehrere Kandidaten identifiziert und teilweise durch reverse Genetik verifiziert und charakterisiert. In einem zweiten, vorwärtsgenetischen Ansatz zur Etablierung eines Luziferase-Reporterscreens zur Identifizierung EMS-induzierter Sauerstoffsignalmutanten wurden die ersten wichtigen Schritte erfolgreich durchgeführt. Es wurden homozygote Linien hergestellt die eine starke Expression des Reporterkonstrukts bei einem moderaten Absinken der Sauerstoffkonzentration zeigen. Weitere Arbeiten sind nötig, um die Linien zu mutagenisieren und auf Abwesenheit des Luziferase-Signals hin zu durchmustern. In einem dritten, vorwärtsgenetischen Ansatz zur natürlichen Variation konnte auf Chromosom 5 ein QTL für die Sauerstoff-Sensitivität des Wurzelwachstums durch Analyse rekombinanter Inzuchtlinien aus Kreuzungen verschiedener Arabisdopsis-Ökotypen identifiziert werden. Weitere Schritte sind nötig, um die zugrundeliegenden Gene zu identifizieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Untersuchungen zur Regulation der Kohlenstoffspeicherung in Pflanzen. Habilitationsschrift. Universität Potsdam
Geigenberger P
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(2008) Decreased expression of cytosolic pyruvate kinase in potato tubers leads to a decline in the level of pyruvate, resulting in an invivo repression ofthe altemative oxidase. Plant Physiology 148,1640-1654
Oliver SN, Lunn JE, Urbanczyk-Wochniak E, Lytovchenko A, van Dongen JT, Faix B, Schmälzlin E, Fernie AR and Geigenberger P
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(2008) Metabolic and developmental adaptations of growing potato tubers in response to specific manipulations of the adenylate energy status. Plant Physiology 146,1579-1598
Riewe D, Grosman L, Zauber H, Wucke C, Fernie AR and Geigenberger P
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(2008) Regulation of respiration and fermentation to control the plant internal oxygen concentration. Plant Physiology
Zabalza A, van Dongen JT, Froehlich A, Oliver S, Faix B, Kapuganti JG, Schmälzlin E, Igal M, Orcaray L, Koehl K, Royuela M and Geigenberger P
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(2008) The potato-specific apyrase is apoplastically localized and has influence on gene expression, growth and development. Plant Physiology 147,1092-1109
Riewe D, Grosman L, Fernie AR, Wucke C and Geigenberger P
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(2008) Transcript and metabolite profiling of the adaptive response to mild decreases In oxygen concentration in the roots of Arabidopsis plants. Annals of Botany
van Dongen JT, Fröhlich A, Ramirez-Aguilar S, Schauer N, Fernie AR, Erban A, Kopka J, Clarke J, Langer A and Geigenberger P
