Funktionelle Analyse von 13-Lipoxygenaseabgeleiteten Oxylipinen in der Pathogenabwehr von Solanum tuberosum L.

Abstract

Oxylipine sind pflanzliche Sekundärmetaboliten, die aus dem Lipoxygenase- (LOX-) Weg stammen, in dem mehrfach ungesättigte Fettsäuren oxygeniert und weiter metabolisiert werden. Es ist bekannt, dass die 13-LOX-abgeleiteten Verbindungen 12-oxo-Phytodiensäure (OPDA) und Jasmonsäure (JA) Signalkomponenten sind, die als Antwort auf Pathogen- und Herbivorbefall an der Generierung von transkriptionellen Änderungen beteiligt sind und so zur Regulation der pflanzlichen Abwehr beitragen. Außerdem besitzen einige Oxylipine, wie das OPDA antimikrobielle Aktivitäten. In dieser Arbeit wurde die Rolle von JA und seiner Biosynthesevorstufe OPDA für die Abwehr von Kartoffel gegenüber Pathogenen näher untersucht. Zu diesem Zweck wurden RNA-Interferenz- (RNAi-) Konstrukte gegen die Allenoxid-Cyclase (StAOC), 12-oxo-Phytodiensäure-Reduktase (StOPR3) und das CORONATINE INSENSITIVE-Gen (StCOI1) in Kartoffelpflanzen exprimiert, um die OPDA- und JA-Biosynthese bzw. die JA-Perzeption zu reduzieren. In diesen transgenen Pflanzen wurde der von Pep-13, einem pathogen associated molecular pattern (PAMP) aus Phytophthora-Spezies, induzierte Signalweg analysiert. Zusammen mit bereits bekanten Daten von NahG-exprimierenden Kartoffelpflanzen, denen die Signalkomponente Salizylsäure (SA) fehlt, konnte ein Modell aufgestellt werden, in dem beide Signalkomponenten, JA und SA, für eine vollständige Pflanzenantwort benötigt werden. Weiterhin wurde die globale Genexpression nach Pep-13-Behandlung und deren Abhängigkeit von einem funktionalen JA-Biosynthese- bzw. Signalweg untersucht. Hierzu wurden Microarray-Analysen unter Verwendung der entsprechenden StAOC-, StOPR3- and StCOI1-RNAi-Pflanzen durchgeführt. Aus diesen Analysen konnten Oxylipin-abhängig Pep-13-regulierte Kandidatengene identifiziert werden, von denen einige in ihrem Pep-13-regulierten Expressionsprofil bestätigt werden konnten. Außerdem wurde mit der Charakterisierung und funktionellen Analyse eines Kandidatengens – des StJAZ – begonnen. Zusätzlich zu der Analyse der PAMP-vermittelten Abwehr wurde das Wachstum des Oomyceten Phytophthora infestans auf JA- und OPDA-defizienten bzw. im JA-Signalweg beeinträchtigten Pflanzen mit Hilfe einer quantitativen real-time PCR-Methode bestimmt. Sowohl der verminderte Gehalt an OPDA oder JA, als auch die inhibierte JA-Signalwahrnehmung in den transgenen Pflanzen hatten keinen messbaren Einfluss auf die Interaktion von Kartoffel mit P. infestans.