Publikationen - Molekulare Signalverarbeitung

Pflanzen müssen gegen vielfältige biotische und abiotische Umwelteinflusse eine Abwehr aufbauen. Aber gleichzeitig müssen sie wachsen und sich vermehren. Jasmonate sind neben anderen Hormonen ein zentrales Signal bei der Etablierung von Abwehrmechanismen, aber auch Signal von Entwicklungsprozessen wie Blüten‐ und Trichombildung, sowie der Hemmung von Wachstum. Biosynthese und essentielle Komponenten der Signaltransduktion von JA und seinem biologisch aktiven Konjugat JA‐Ile sind gut untersucht. Der Rezeptor ist ein Proteinkomplex, der “JA‐Ile‐Wahrnehmung” mit proteasomalem Abbau von Repressorproteinen verbindet. Dadurch können positiv agierende Transkriptionsfaktoren wirksam werden und vielfältige Genexpressionsänderungen auslösen. Dies betrifft die Bildung von Abwehrproteinen, Enzymen der JA‐Biosynthese und Sekundärstoffbildung, und Proteinen von Signalketten und Entwicklungsprozessen. Die Kenntnisse zur JA‐Ile‐Wirkung werden in Landwirtschaft und Biotechnologie genutzt.

The most abundant jasmonate-induced protein (JIP) in barley leaves is a 23 kDa protein (JIP23). Its function, however, is unknown. In order to analyze its function by homologous transformation, new plasmid vectors have been constructed. They carry the cDNA coding for JIP23 in sense or antisense orientation under the control of the Ubi-1-promoter as well as the pat resistance gene under the control of the 35S promoter. Barley mesophyll protoplasts were transiently transformed with the sense constructs. PAT activity and immunological detection of JIP23 could be achieved in transformed protoplasts but not in untransformed protoplasts indicating that the construct was active. Thus, these new vectors are suitable for stable transformation of barley. Carrying a multiple cloning site (MCS), these vectors can be used now in a wide range of transformation of barley.

Enzymatic and non-enzymatic lipid peroxidation has been implicated in programmed cell death, which is a major process of leaf senescence. To test this hypothesis we developed a high-performance liquid chromatography (HPLC) method for a simultaneous analysis of the major hydro(pero)xy polyenoic fatty acids. Quantities of lipid peroxidation products in leaves of different stages of development including natural senescence indicated a strong increase in the level of oxygenated polyenoic fatty acids (PUFAs) during the late stages of leaf senescence. Comprehensive structural elucidation of the oxygenation products by means of HPLC, gas chromatography/mass spectrometry and 1H nuclear magnetic resonance suggested a non-enzymatic origin. However, in some cases a small share of specifically oxidized PUFAs was identified suggesting involvement of lipid peroxidizing enzymes. To inspect the possible role of enzymatic lipid peroxidation in leaf senescence, we analyzed the abundance of lipoxygenases (LOXs) in rosette leaves of Arabidopsis. LOXs and their product (9Z,11E,13S,15Z)-13-hydroperoxy-9,11,15-octadecatrienoic acid were exclusively detected in young green leaves. In contrast, in senescing leaves the specific LOX products were overlaid by large amounts of stereo-random lipid peroxidation products originating from non-enzymatic oxidation. These data indicate a limited contribution of LOXs to total lipid peroxidation, and a dominant role of non-enzymatic lipid peroxidation in late stages of leaf development.

Chemische Signale wurden bereits im 19.Jahrhundert als Regulatoren von Wachstum und Entwicklung der Pflanzen postuliert.In den letzten 70 Jahren wurde die Wirkungsweise der klassischen Pflanzenhormone wie der Auxine, Gibberelline, Cytokinine, Ethylen und Abscisinsäure aufgeklärt. Doch erst im letzten Jahrzehnt entdeckte man die Bedeutung der Brassinosteroide, der Peptidhormone und der Jasmonate.