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.

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Mycorrhizas are by far the most frequent occurring beneficial symbiotic interactions between plants and fungi. Species in >80% of extant plant families are capable of establishing an arbuscular mycorrhiza (AM). In relation to the development of the symbiosis the first molecular modifications are those associated with plant defense responses, which seem to be locally suppressed to levels compatible with symbiotic interaction (Gianinazzi-Pearson, 1996). AM symbiosis can, however, reduce root disease caused by several soil-borne pathogens. The mechanisms underlying this protective effect are still not well understood. In plants, products of the enzyme lipoxygenase (LOX) and the corresponding downstream enzymes, collectively named LOX pathway (Fig. 1B), are involved in wound healing, pest resistance, and signaling, or they have antimicrobial and antifungal activity (Feussner and Wasternack, 2002). The central reaction in this pathway is catalyzed by LOXs leading to formation of either 9- or 13-hydroperoxy octadeca(di/trien)oic acids (9/13-HPO(D/T); Brash, 1999). Thus LOXs may be divided into 9- and 13-LOXs (Fig. 1A). Seven different reaction branches within this pathway can use these hydroperoxy polyenoic fatty acids (PUFAs) leading to (i) keto PUFAs by a LOX; (ii) epoxy hydroxy-fatty acids by an epoxy alcohol synthase (EAS); (iii) octadecanoids and jasmonates via allene oxide synthase (AOS); (iv) leaf aldehydes and leaf alcohols via fatty acid hydroperoxide lyase (HPL); (v) hydroxy PUFAs (reductase); (vi) divinyl ether PUFAs via divinyl ether synthase (DES); and (vii) epoxy- or dihydrodiolPUFAs via peroxygenase (PDX; Feussner and Wasternack, 2002). AOS, HPL and DES belong to one subfamily of P450-containing enzymes, the CYP74 family (Feussner and Wasternack, 2002). Here, the involvement of this CYP74 enzyme family in mycorrhizal roots of M. truncatula during early stages of AM symbiosis formation was analyzed.

Jasmonic acid (JA) and its precursor 12-oxo phytodienoic acid (OPDA) are lipid-derived signals in plant stress responses and development (Wasternack and Hause, 2002). Within the wound-response pathway of tomato, a local response of expression of defense genes such as the proteinase inhibitor 2 gene (PIN2) is preceded by a rise in JA (Herde et al., 1996; Howe et al., 1996) and ethylene (O’Donnell et al., 1996). Mutants affected in JA biosynthesis such as defl (Howe et al., 1996) or spr-2 (Li et al., 2002) clearly indicated that JA biosynthesis is an ultimate part of wound signaling. It is less understood, however, how the rise in JA is regulated.

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.