Konvergente Entwicklung der Infektionsmechanismen in den parasitären Pflanzen Cuscuta reflexa und Phelipanche aegyptiaca

• Main Author: Rehker, Jan
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2012
• Online Access: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3223/1/Dissertation_Jan_Rehker.pdf; Rehker, Jan <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Rehker=3AJan=3A=3A.html> (2012): Konvergente Entwicklung der Infektionsmechanismen in den parasitären Pflanzen Cuscuta reflexa und Phelipanche aegyptiaca.Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

In dieser Arbeit sollten zwei Charakteristika aus der Interaktion zwischen zwischen der parasitären Pflanze Cuscuta reflexa und ihrem Wirt Solanum lycopersicum auf ihre Übertragbarkeit auf den Parasiten Phelipanche aegyptiaca hin untersucht werden. Beide parasitären Pflanzen sind für landwirtschaftliche Schäden verantwortlich. Ziel war eine biotechnologische Anwendung zur Verringerung der Infektionsraten durch P. aegyptiaca. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich der attAGP-Promotor aus S. lycopersicum nicht nur wie bereits bekannt durch C. reflexa induzieren lässt sondern auch durch P. aegyptiaca. Mittels eines Konstrukts aus attAGP-Promotor und GUS-Reportergen konnte die Induzierbarkeit des Promotors durch die Phytohormone Auxin und Salicylsäure festgestellt werden. Bei der Infektion durch Cuscuta spielen dabei vermutlich beide Faktoren eine Rolle, während bei Phelipanche wahrscheinlich Auxin ausschlaggebend ist. Desweiteren wurden durch Assemblieren eines Transkriptoms aus "next generation sequencing-Daten" von P. aegyptiaca mRNA Sequenzen ermittelt, welche hohe Ähnlichkeiten zur Cysteinprotease Cuscutain aus C. reflexa haben. Die auf diesen Sequenzen basierende Expressionsanalyse zeigte eine Hochregulierung während der ersten Entwicklungsstadien von P. aegyptiaca bis zum Kontakt mit der Wirtspflanze an. Zur Prüfung einer biotechnologischen Anwendung wurden Konstrukte in Tabak transformiert, welche eine DNA-Sequenz enthielten die für das PrePropeptid des Cuscutains kodiert. Auf diese Weise wurde der natürliche Inhibitor des Cuscutains in der Wirtspflanze exprimiert. Gesteuert wurde die Expression in einem Konstrukt durch den attAGP-Promotor und im anderen durch den 35S-Promotor. Gegenüber C. reflexa zeigten mit dem 35S-PrePropeptid-Konstrukt transformierte Pflanzen widersprüchliche Ergebnisse auf die Infektionsrate. Jedoch wurden transformierte Pflanzen in allen Versuchen seltener durch P. aegyptiaca befallen, wobei das 35S- Konstrukt einen besseren Schutz bot als jenes mit dem attAGP-Promotor und signifikant geringere Infektionsraten zur Folge hatte. Bei Beobachtung im in vitro polybag-System konnte festgestellt werden, dass sich nur beim Beginn der Infektion Unterschiede zwischen transformiertem und nicht transformiertem Tabak ergeben. Dies und die Expressionsanalyse legen nahe, dass die Cysteinprotease in P. aegyptiaca zu Beginn der Infektion für die Hydrolyse von Abwehrproteinen in der Zellwand des Wirtes verantwortlich sein könnte. Der mittels der Konstrukte exprimierte Inhibitor hatte somit vermutlich eine schützende Funktion. Die Ergebnisse zeigen, dass sich abseits der bereits bekannten Übereinstimmungen weitere konvergente Entwicklungen zwischen parasitären Pflanzen als auch der Reaktion ihrer Wirte auf diese finden. Eine dahingehende Überprüfung auf Übertragbarkeit kann sich daher aus biotechnologischer Sicht lohnen.