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Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.25673/2998
Title: Isolierung und Charakterisierung pathogen- und streßresponsiver Gene der Kartoffel (Solanum tuberosum L.)
Author(s): Petters, Julia
Granting Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Issue Date: 2001
Extent: Online Ressource, Text + Image
Type: Hochschulschrift
Language: German
Publisher: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
URN: urn:nbn:de:gbv:3-000002738
Subjects: Elektronische Publikation
Zsfassung in engl. Sprache
Abstract: Pflanzen verfügen im Gegensatz zu höheren Wirbeltieren nicht über ein hochspezialisiertes Immunsystem. Es haben sich jedoch zahlreiche spezifische und komplexe Abwehrmechanismen entwickelt, die dem Schutz vor schädigenden Umwelteinflüssen und Pathogenen dienen. Dabei kann es in bestimmten Fällen einer Pflanze-Pathogen-Interaktion zur Ausprägung der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) kommen. So konnte gezeigt werden, daß eine lokal begrenzte Infektion von Kartoffelpflanzen entweder mit Phytophthora infestans oder dem Brassica-Pathogen Pseudomonas syringae pv. maculicola zu einer erhöhten Resistenz der ganzen Pflanze bei einer nachfolgenden Infektion mit virulenten Rassen von P. infestans, dem Auslöser der Kraut- und Knollenfäule führt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten Gene aus Kartoffel isoliert und charakterisiert werden, die nach Infiltration von Pseudomonas syringae pv. maculicola differentiell exprimiert erschienen und die möglicherweise an der Etablierung der SAR beteiligt sind. Zur Isolierung solcher differentiell exprimierten Gene wurden die Techniken des "mRNA-Differential Display" und des cDNA-AFLP angewendet. Neben Fragmenten, deren korrespondierende Gene Sequenzhomologien zu bekannten PR-Genen aufwiesen, wurden drei weitere Fragmente isoliert, deren korrespondierende Gene aufgrund ihrer Homologien zu bekannten Sequenzen aus Datenbanken näher charakterisiert wurden. Dazu gehörten ein Sequenzhomologes verschiedener Proteinphosphatasen des Typs 2C, genannt PP2C, ein Gen mit Sequenzähnlichkeit zu einem ELIP-Homologen aus A. thaliana, genannt ELH und ein zu einer Phosphatmangel-induzierten sauren Phosphatase aus Tomate ähnliches Gen, mit PPP (potato putative phosphatase) bezeichnet. Für PP2C und ELH konnte in Northern Blot Analysen keine reproduzierbare Induktion der Genexpression nach Pathogenbehandlung gezeigt werden. Dagegen akkumulierten PPP-Transkripte nach Infiltration mit Pseudomonas syringae pv. maculicola in infiltrierten als auch darüberliegenden nichtinfiltrierten Blättern sowie nach Inokulation mit Sporen von Phytophthora infestans in den inokulierten Blättern. Die Inkubation abgetrennter Blätter in Saccharose, Methyljasmonat, Salicylsäure, Arachidonsäure und Abscisinsäure bewirkte keine Induktion der PP2C-Expression. Abscisinsäure und Arachidonsäure führten zur ELH-Transkriptakkumulation in abgetrennten Blättern. Die Inkubation in Lösungen mit Phytohormonen bewirkte keine Induktion der PPP-Expression. Verwundung aktivierte PP2C und ELH, durch UV-Behandlung konnte die Expression der PPP induziert werden. Die Southern-Blot-Analyse zeigte, daß PP2C und ELH zu kleinen Genfamilien gehören und PPP Mitglied einer Multigenfamilie ist. PP2C könnte an der Negativregulation von streßaktivierten Signaltransduktionskaskaden beteiligt sein, wie es auch für PP2Cs aus anderen Spezies bekannt ist. Für das ELH wäre eine Funktion in der Anpassung an Streßsituationen vorstellbar. PPP könnte bei der Aufrechterhaltung der Phosphathomöostase, die durch Pathogenbefall gestört sein könnte, von Bedeutung sein. Zur funktionellen Analyse der PPP wurden Kartoffelpflanzen mit der cDNA in sense- und anitsense-Orientierung sowie Tabakpflanzen mit dem Gen in sense-Orientierung transformiert. Erste Analysen zeigten bei keiner der transgenen Pflanzen einen veränderten Phänotyp.
Compared to mammals, plants do not have a complex immune system. However, plants have developed efficient mechanisms to defend themselves against pathogens and damaging environmental effects. Part of these defense mechanisms in plant-pathogen interactions is the establishment of systemic acquired resistance (SAR). It was shown that the local infection of potato leaves with either spores of the oomycete Phytophthora infestans or the Brassica-pathogen Pseudomonas syringae pv. maculicola leads to increased resistance of the whole plant towards subsequent infection by virulent races of P. infestans. The aim of the thesis is the isolation and characterization of potato genes, which are differentially expressed after infiltration of Pseudomonas syringae pv. maculicola and which are possibly involved in establishment of SAR. To isolate differentially expressed genes, the techniques of "mRNA-differential display" and cDNA-AFLP were applied. In addition to fragments with sequence homologies to known PR genes, we isolated three other fragments whose corresponding genes were further characterized. One represented a homologue of a protein phosphatase 2C (PP2C), the other gene had similarity to an ELIP-homologue from A. thaliana called ELH, and the last one corresponded to a gene with high sequence homology to a gene encoding a phosphate-starvation induced acidic phosphatase from tomato (PPP). Northern blot analysis showed no induction of PP2C and ELH expression after pathogen treatment. In contrast, PPP transcripts accumulated after infiltration with Pseudomonas syringae pv. maculicola in treated and untreated leaves as well as in inoculated leaves of plants treated with spores of Phytophthora infestans. Incubation of detached leaves in sucrose, methyl jasmonate, salicylic acid, abscisic acid and arachidonic acid did not induce PP2C expression. Abscisic and arachidonic acid led to transcript accumulation of ELH in detached leaves. Incubation of detached leaves with phytohormones did not effect PPP expression. Wounding activated PP2C and ELH; UV treatment induced PPP expression. Genomic Southern analysis showed that PP2C and ELH belong to low copy gene families, while PPP is a member of a high copy gene family. PP2C could be involved in the negative regulation of stress-activated signal transduction cascades as known from other PP2Cs of different species. ELH might have a function in the adaptation to stress situations. PPP could play a role in the maintenance of phosphate levels after pathogen attack. For functional analysis of PPP, potato plants were transformed with the cDNA in sense and antisense orientation as well as tobacco plants with the cDNA in sense orientation. First analyses revealed no difference in phenotype of the transgenic plants compared to wild type plants.
URI: https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/9783
http://dx.doi.org/10.25673/2998
Open access: Open access publication
Appears in Collections:Hochschulschriften bis zum 31.03.2009

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