Molekulare, physiologische und biochemische Untersuchung der Immunmodulation von Abscisinsäurewirkungen in den Blättern transgener Tabakpflanzen

Abstract

Transgene Tabakpflanzen, die einen Einzelkettenantikörper gegen das Phytohormon Abscisinsäure (ABA) ubiquitär exprimieren und im endoplasmatischen Retikulum anreichern, zeigen einen welkenden Phänotyp. Der Spaltöffnungsschluß ist behindert und nicht mehr durch erhöhte Kohlendioxidkonzentrationen, Verdunkelung oder kurzfristige ABA-Gabe induzierbar. In rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen wurde eine abnorme Schließzellmorphologie festgestellt, offensichtlich ist der Stomataschluß aus strukturellen Gründen verhindert. Durch Langzeitbehandlung mit ABA über den Zeitraum der Blattentwicklung hinweg konnte sowohl die Schließzellmorphologie als auch das physiologische Verhalten der immunmodulierten Pflanzen vollständig normalisiert werden. Aus diesen Ergebnissen wurde geschlußfolgert, daß Abscisinsäure für die Entwicklung funktionsfähiger Schließzellen notwendig ist. Mit Hilfe des DNA-"Arrayings" wurden vergleichende Transkriptionsanalysen durchgeführt. Es konnten zahlreiche, zwischen Gesamtblatt und epidermalen Fragmenten differentielle sowie durch Langzeitbehandlung mit ABA beeinflußte Transkripte erfaßt werden. Zwischen adulten transgenen und Wildtyppflanzen wurden keine signifikanten Transkriptionsunterschiede festgestellt. Die morphologischen Änderungen der Schließzellen manifestieren sich vermutlich während der Schließzellentwicklung und/oder -differenzierung.

Transgenic tobacco plants ubiquitously accumulating a single chain Fv antibody against the phytohormone abscisic acid (ABA) in the endoplasmatic reticulum show a wilty phenotype. Stomatal closure is prevented and can not be induced by high carbon dioxide concentrations, darkening or short term ABA application. Changes in guard cell morphology were observed using scanning electron microscopy. These could prevent stomatal movements because of structural reasons. A long term treatment with ABA during leaf development completely restored guard cell morphology as well as the physiological behaviour. ABA seems to be necessary for development of normal, functional guard cells. Transcription was analysed using DNA arrays. Numerous transcripts were found, which were differentially expressed in whole leaves and epidermal fragments as well as transcripts influenced by long term ABA treatment. No significant differences could be observed between adult transgenic and wildtype plants. The changes in guard cell morphology probably occur during guard cell development and /or differentiation.