Untersuchungen zur Gibberellinkonjugation in Gerstenkaryopsen (Hordeum vulgare L. cv. Himalaya und cv. Salome)

Abstract

In reifen Karyopsen der Gerstensorte Himalaya und Salome konnten Gibberellin A20-13-O-Glc (GA20-13-O-Glc) und GA8-2-O-Glc mit Hilfe von GC-MS als endogene Gibberellinkonjugate identifiziert werden. Auf der Grundlage von GC-MS-Analysen mit internen Standards wurden erstmals die Poolverläufe dieser GA-O-glucoside und ihrer Agluca während der Samenentwick-lung von Gerstenkaryopsen quantifiziert. Der in allen Entwicklungsstadien der Samen vorhandene Pool von GA20-13-O-Glc durchläuft ein Maximum zur Milchreife für cv. Himalaya bzw. zur späten Wachsreife für cv. Salome. Zum Ende der Reife nimmt das GA20-13-O-Glc dann ab, jedoch kehrt sich das Verhältnis GA20-13-O-Glc/GA20 zugunsten des GA20-13-O-Glc um. Das belegt, daß GA-Konjugate einem weiteren Metabolismus unterliegen und nicht als irreversible Entaktivierungsprodukte akkumuliert werden. Am in situ markiertem GA20-13-O-Glc der Gerstenkaryopsen konnte durch die Freisetzung von markiertem GA20 nach 6-stündiger Inkubation bei gleichzeitiger Abnahme des 13-O-glucosides erstmals die Rekonversion eines GA-O-glucosides in vivo mittels GC-MS nachgewiesen werden. Der nach 12-stündiger Inkubation folgende Anstieg von markiertem GA1 beweist die Anwesenheit von Enzymen der Gibberellinbiosynthese im ruhenden Samen, da eine de novo Synthese nach ca. 20 Stunden Inkubation beginnt. Untersuchungen zur Verteilung von GA20-13-O-Glc und GA20 in den reifen Karyopsen beider Gerstensorten zeigten, daß in cv. Himalaya das GA20-13-O-Glc hauptsächlich im Embryo lokaliziert ist, während cv. Salome das Glucosid ausschließlich im Endosperm akkumuliert. Bei nachgewiesener Rekonversion könnten diese Unter-schiede der Kompartimentierung des GA20-13-O-Glc wichtig für die organspezifische Induktion der α-Amylase sein. Mit den Ergebnissen der Arbeit ist der Beweis erbracht, daß in Gerstenkaryopsen von cv. Himalaya und cv. Salome Gibberellinkonjugate eine Quelle für eine de novo Biosynthese unabhängige Bereitstellung von Gibberellinen darstellen.

By GC-MS Gibberellin A20-13-O-glucoside (GA20-13-O-Glc) and GA8-2-O-Glc could be identified as endogenous GA-conjugates in mature grains of both barley varieties Hordeum vulgare L. cv. Himalaya and cv. Salome. The thesis reports for the first time on changes of the pool size of these conjugates together with those of the agluca during seed ripening by internal standard quantifi-cation. The amounts of GA20-13-O-Glc were found to climax during milk ripeness of cv. Himalaya and at late yellow ripeness of cv. Salome. Later on both, GA20-13-O-Glc and GA20, declined toward ripeness, but their ratio became inverse. The obtained data give evidence, that GA20-13-O-Glc is a permanent cocomitant of GA20 during seed ripening and undergoes metabolsm as rapid as free gibberellins. During the imhibition of in situ labelled GA20-13-O-Glc of barley caryopses increase of labelled GA20 after 6 hours simultaneously a decrease of the 13-O-glucoside could be observed, giving the first evidence for the reconversion of a GA-O-glucoside in vivo by GC-MS. The subsequent increase of labelled GA1 after 12 hours indicates the presence of enzymes of gibberellinbiosynthesis in dormant seeds, when de novo biosynthesis starts after about 20 hours imhibition. The investigations of the distribution of GA20-13-O-Glc and GA20 in mature grains of both barley varieties showed, that in cv. Himalaya GA20-13-O-Glc is localized predo-minantly in the embryo-containing part, whereas cv. Salome accumulated the conjugate exclusively in the endosperm. This could be important for the spezific induction of α-amylase in the compartments. The results of the dissertation show, gibberellinconjugates represent the source of an early GA-signal, that could enable grain to start the initial germination processes independing from de novo biosynthesis.