h1

h2

h3

h4

h5
h6
http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Funktionelle Charakterisierung von flavinhaltigen Monooxygenasen in Arabidopsis thaliana = Functional characterization of flavin-containing monooxygenases in Arabidopsis thaliana



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Alexandra Thönnessen

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

Umfang119 Bl. : Ill., graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Prüfungsjahr: 2011. - Publikationsjahr: 2012


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-12-09

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39787
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64434/files/64434.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Biologie III (Pflanzenphysiologie) (161510)
  2. Fachgruppe Biologie (160000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Genklonierung (Genormte SW) ; Molekularbiologie (Genormte SW) ; Samenkeimung (Genormte SW) ; Dormanz (Genormte SW) ; Pflanzenfressende Insekten (Genormte SW) ; Genfamilie (Genormte SW) ; Abwehrreaktion (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; cloning (frei) ; molecular biology (frei) ; germination (frei) ; dormancy (frei) ; herbivorous insects (frei) ; gene family (frei) ; defence reaction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Flavinhaltige Monooxygenasen (FMOs) werden seit über 40 Jahren in Tieren untersucht. Dort kodieren bis zu fünf Gene für FMOs, deren Funktion die Entgiftung von Xenobiotika ist. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana wird die Genfamilie der FMOs seit etwa 10 Jahren untersucht und umfasst 29 FMO-Gene, die phylogenetisch in vier „clades“ unterteilt werden. Lediglich für FMOs aus drei clades sind die Funktionen bisher beschrieben: a) Einfluss auf die Auxin-Biosynthese (clade I), b) die Pathogenabwehr (clade II) und c) die Glucosinolat-Biosynthese (clade III). Der clade IV ist phylogenetisch in drei subclades unterteilt (I-III) und beinhaltet acht FMO-Gene mit bisher unbekannter Funktion. Ziel der Arbeit war die funktionelle Charakterisierung dieser acht FMO-Gene und die weitere Analyse des FMO1-Gens (clade II), von dem bis jetzt nur bekannt war, dass es für die mikrobielle Pathogenabwehr wichtig ist. Zur Entschlüsselung der Funktion dieser FMO-Gene, wurden Überexpressions-Linien und Funktionsverlust-Mutanten dieser Gene generiert, charakterisiert und funktionellen Analysen unterzogen. Das Verhalten der verschiedenen FMO-Genotypen (clade IV) wurde nach Applikation unterschiedlicher abiotischer (Hitze-/Kälte-stress, Trockenstress, Nährstoffmangel) und biotischer (Pathogen Befall) Stimuli studiert. Es konnte keine Beteiligung der FMO-Gene (clade IV) in der Bewältigung dieser Stressoren einwandfrei nachgewiesen werden. Allerdings zeigte sich eine Beteiligung bei der Abwehr von herbivoren Insekten (Pieris rapae). Anhand von Fraßexperimenten (Massenentwicklung der Raupen) und Präferenztests (Two-choice Test), konnte eine signifikante Wirkung der Präferenz der Raupen und deren Massenentwicklung auf eine gesteigerte Expression von FMO1 zurückgeführt werden. Außerdem konnte auch eine Wirkung auf die Präferenz der Raupen auf eine verminderte Expression von At1g12200 (subclade I) zurückgeführt werden. Ferner zeigten Untersuchungen zur Entwicklung, dass At1g12200 in der frühen Entwicklung der Keimlinge involviert ist. Die Überexpressions-Linien von At1g12200 zeigten ein beschleunigtes Embryo/Keimlingswachstum. In den Überexpressions-Linien für At1g12200 wurden geringere Konzentrationen von Abszisinsäure, einem Hormon, das die Keimung hemmt, im Vergleich zum Wildtyp gemessen. Die frühere Keimung der Überexpressions-Linien von At1g12200 konnte inhibiert werden durch Zugabe einer so geringen Konzentration an ABA ins Medium, dass sie keine Wirkung auf das Keimungsverhalten des Wildtyps hatte. Somit ergab die hier vorgestellte funktionelle Charakterisierung der FMOs des clade IV in A. thaliana Hinweise auf eine Beteiligung einiger dieser Gene (subclade I) bei der Abwehr von Herbivoren und bei der frühen Keimlingsetwicklung. Ein nächster Schritt wäre die Untersuchung, in wie weit At1g12200 (subclade I) bei der Biosynthese, Signaltransduktion, Metabolismus und/oder am Abbau von ABA beteiligt ist und in wie weit das wiederum die Präferenz der Raupen bezüglich der verschiedenen Genotypen von At1g12200 beeinträchtigt. Das FMO1-Gen/Protein hat nach den hier vorgestellten Analysen eine viel breitere Rolle in der Abwehr der Pflanzen, als die bisher beschriebene in der Abwehr gegen mikrobielle Pathogene, diese Rolle ist aber spezifisch für die Abwehr biotischer Stressoren.

Flavin-containing monoxygenases (FMOs) have been studied in animals for more than 40 years. Five known genes are decoding FMOs and the function is the detoxification of xenobiotica. The gene family of FMOs were studied for the last 10 years using the model plant Arabidopsis thaliana. FMOs contain 29 genes, classified phylogenetically into four clades. Till now the function of just three clades is known: a) clade I is involved in auxin-biosynthesis, b) clade II is involved in pathogen defense, c) clade III is involved in glucosinolate biosynthesis. Clade IV can be divided phylogeneticaly into three subclades (I-III). It contains 8 FMOs with unknown functions. The aim of this project is the functional characterization of these eight FMOs and more appropriate analysis of the FMO1-gen (clade II). For the FMO1 we just know that it is one, involved in microbial pathogen defence. The function of these FMOs was decoded by using overexpressing lines and loss of function mutants. These lines were generated, characterized and functionally analyzed. The behaviour of those FMO-genotypes (clade IV) was studied after application of different abiotic (heat/cold-stress, drought-stress, nutrient-deficient) and biotic (pathogen attack) stimuli. The results of these studies indicate that the FMO-genes (cladeIV) are not involved in the reactions of the plant to these biotic and abiotic stresses. Indeed our results show an involvement of FMO-genes in the defence against herbivorous insects (Pieris rapae). The overexpression of FMO1 (clade II) has a significant effect on the weight gain and the preference of the caterpillars. This was shown supported by feeding-assays (gain of weight) and preference-assays (two-choice test). Furthermore, a reduced expression of At1g12200 (subclade I) had a significant effect regarding the preference of the caterpillars. In addition, developmental studies demonstrated, that At1g12200 (subclade I) was involved in the early seed development. The overexpression-lines of At1g12200 showed an accelerated growth of the embryo/seedling. The concentration of the phytohormone abscicic acid (ABA), which blocks germination, was lower in comparison to the wildtype. The early germination of the overexpression-lines of At1g12200 was inhibited, due to a very low concentration of exogenous ABA, which didn’t affect the germination of the wildtype. Consequently, this functional characterization addicted till now unknown functions of the FMOs from clade IV. Some of the FMO-genes (subclade I) seemed to be involved in early seedling development in Arabidopsis thaliana and there are hints for a preference of caterpillars due to reduced expression of At1g12200. The next step of these studies would be analyzing how At1g12200 (subclade I) is involved in the biosynthesis, signal transduction and metabolism or degradation of ABA. Additionally, it should be analyzed if the preference of the caterpillars in regard to the different genotypes of At1g12200 is due to the changes of the amount of ABA. This analysis demonstrates that the FMO1-gen/protein is playing a general role in plant’s defence, not just in defence against microbial pathogens, but a very specific role for the defence against biotic stresses.

Fulltext:
Download fulltext PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-125746
Datensatz-ID: 64434

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

QR Code for this record

The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Biology
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
160000
161510

 Record created 2013-01-28, last modified 2022-04-22


Rate this document:

Rate this document:
1
2
3
 
(Not yet reviewed)