Funktionelle Charakterisierung von Mitgliedern einer Süßgras-spezifischen Familie von Kationentransportern aus Weizen (Triticum aestivum L.) und Gerste (Hordeum vulgare L.)

Abstract

Die Low-affinity Cation Transporter (LCTs) bilden eine Monokotyledonen-spezifische Genfamilie, die in dikotylen Spezies, inklusive Arabidopsis, nicht existiert. Frühere Studien mit Hefen führten zur Schlussfolgerung, das TaLCT1 aus Weizen über die Plasmamembran direkt den Einstrom von Kationen wie K+, Na+ oder Ca2+ in Zellen vermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen dagegen, dass das Gen bei Expression in Weizen-Protoplasten, sowie bei heterologer Expression in Tabak, Arabidopsis und Hefe in Golgi/TGN-assoziierten Kompartimenten akkumuliert. [Ca2+]cyt- und pHcyt-Messungen an transformierten Hefezellen lassen vermuten, dass TaLCT1 durch Verlagerung von Protonen und/oder Calciumionen ins Cytosol und/oder das Lumen des Golgi/TGN regulatorisch auf Vesikel- und Membrantransportprozesse einwirkt. In TaLCT1-exprimierenden Arabidopsis-Pflanzen konnte neben einer Verringerung der Salztoleranz ein inhibiertes Keimlings- und Wurzelwachstum sowie Wurzelagravitropismus beobachtet werden. Diese Phänotypen wiederum können zum Teil mit einer Mislokalisierung des Auxintransporters PIN1 in Verbindung gebracht werden.

The Low-affinity Cation Transporters (LCTs) form a monocot-specific gene family which is not existent in dicot species, including Arabidopsis. Earlier results from expression in yeast led to the conclusion that TaLCT1 from wheat is a plasma membrane protein that directly mediates the influx of cations like K+, Na+, or Ca2+. The results shown in this thesis indicate that the gene is localized to a Golgi-/TGN-related compartment when expressed in wheat protoplasts, tobacco, Arabidopsis, and yeast cells. [Ca2+]cyt- and pHcyt-measurements in transformed yeast suggest that TaLCT1 affects vesicle and membrane trafficking processes by translocation of protons and/or Ca2+ ions to the cytosol and/or the lumen of the Golgi/TGN. Next to reduced salt tolerance, TaLCT1-expressing Arabidopsis plants exhibit inhibited seedling and root growth, as well as root agravitropism. Those phenotypes were at least partially linked to a mislocalization of the auxin transporter PIN1.