Studies on Scopolin and Scopoletin - stress-induced accumulation and regulatory elements

Abstract

Scopolin und Scopoletin sind weit verbreitete Coumarinderivate aus dem Phenylpropanoidstoffwechsel. Ihre Funktion ist die Abwehr von Pathogenen und oxidativem Stress sowie möglicherweise die Regulation von Enzymen. Diese Arbeit zeigt eine Induktion der Scopolinakkumulation durch Kältestress, Kohlenstoffüberschuss und durch Pathogene in Arabidopsis thaliana. Dabei verschafft Scopolin der Pflanze einen leichten Vorteil gegenüber dem Wurzelpathogen Plasmodiophora brassicae. Scopolin konnte in der Endodermis lokalisiert werden, wo es konstitutiv gebildet wird. Nach Induktion akkumuliert es auch im Cortex. Zwei Transkriptionsfaktoren wurden gefunden, BEE 1 (At1g18400) und At5g45580, die an der kälteinduzierten Scopolinakkumulation in Blättern beteiligt sind. At THO1 (HPR1, At5g09860) und weitere Teile des RNA-prozessierenden At THO/TREX-Komplexes sind nötig für die stressbedingte Scopolininduktion zumindest bei Kohlenstoffüberschuss in der Arabidopsis-Wurzel.

Scopolin and scopoletin are nearly ubiquitous coumarin derivates synthesized in the phenylpropanoid pathway. They are heavily involved in pathogen- and oxidative stress defence and might have regulatory functions. This work shows an induction of scopolin accumulation by cold stress, excess carbon and by pathogens in Arabidopsis thaliana. The presence of scopolin during a Plasmodiophora brassicae infection gave a slight advantage in comparison to a scopolin-free mutant. Scopolin was found to be constitutively accumulated in the root endodermis. After induction it was also found in the cortex. Two transcription factors, BEE 1 (At1g18400) and At5g45580, are shown to be involved in cold-induced scopolin accumulation in leaves. At THO1 (HPR1, At5g09860) and other members of the RNA processing At THO/TREX complex were necessary for the stress-induced scopolin accumulation by excess carbon in the root of Arabidopsis.