Anti-Quinmerac:Einkettenantikörperexpression in transgenen Tabakpflanzen

Abstract

Auf der Basis der Immunmodulation sollten durch die Expression und Akkumulation von Quinmerac- Einkettenantikörpern in transgenen Tabakpflanzen die phytotoxischen Eigenschaften des exogen applizierten Herbizides Quinmerac reduziert und damit eine alternative Möglichkeit der Toleranzerzeugung bei Pflanzen etabliert werden. Ausgehend von zwei Phagenbanken, welche auf menschlichen VH-Gensegmenten basieren, wurden mittels der "Phage-Display" Technik durch "screenen" am immobilisierten Hapten Quinmerac Einketten-Antikörperfragmente isoliert, funktionell charakterisiert und in Tabakpflanzen zur Expression gebracht. Diese binden spezifisch immobilisiertes sowie freies Quinmerac und können damit theoretisch nach Expression in Tabakpflanzen die Verfügbarkeit des freien Moleküls Quinmerac in den Pflanzen reduzieren. Die regenerierten transgenen Tabakpflanzen zeigten bei fehlender Applikation des Herbizides im Vergleich mit Wildtyp-Tabakpflanzen keine phänotypischen Unterschiede. Nach Applikation des Herbizides traten jedoch in dem verwendeten Samentestsystem Unterschiede während der Samenkeimung bzw. des Keimlingswachstums der getesteten transgenen und Kontrolltabakpflanzenlinien auf. Bei allen untersuchten transgenen und Kontrollpflanzenlinien wurde eine herbizidabhängige Hemmung der Keimung anhand des Parameters Biomasse (Reduktion der Frischmasse), nach Applikation von Quinmerac, festgestellt. Mittels dieses Testsystems konnte bei transgenen Pflanzen mit Expression und Akkumulation von funktionellen Quinmerac Einketten-Antikörperfragmenten im ER und im Zytosol eine signifikant geringere Hemmung der Samenkeimung bzw. des Keimlingswachstums, im direkten Vergleich mit Wildtyp-Tabakpflanzenlinien, gezeigt werden. Daraus wurde geschlußfolgert, dass die wachstumshemmenden Effekte des exogen applizierten Herbizides durch die immunmodulierenden Eigenschaften von pflanzlich exprimierten funktionellen Quinmerac-Einketten-Antikörperfragmenten verringert werden können.

On the basis of immunomodulation anti-quinmerac-binding single chain antibody fragments (anti-Quin scFv) were expressed and accumulated in transgenic tobacco plants for reducing the phytotoxic properties of the exogenous applied herbicide quinmerac. This method could be an alternative possibility for the generation of tolerance in plants. Two phage libraries were used to isolate quinmerac-specific single chain antibody fragments. These anti-Quin scFv`s were than functional characterised and expessed in plants. It was shown that the Quinmerac single chain antibody fragments binds specifically the immobilised and soluble hapten Quinmerac and are theoretically able to reduce the availability of the free molecule Quinmerac in plants. In the abscence of quinmerac-application the regenerated trangenic tobacco plants didn`t show any phenotypically differences in comparision with the wildtyp-control plants. After the application of the herbicide quinmerac differences during the germination process and the seedling growth appeared between the transgenic lines and the wildtyp-control lines. An herbicide-dependent inhibition of the germination process and the seedling growth (parameter: fresh weight) was observed in all examined transgenic and control lines. Transgenic lines expressing the functional anti-Quin scFv in the ER or in the cytosol of plant cells showed a significant reduced inhibition of germination or seedlings growth. It was postulated that the growth and germination inhibiting effects of the exogenous applied herbicide in transgenic tobacco plants were decreased by the immunomodulating properties of the functional in planta-expressed anti-Quin scFv.