Publikationen - Molekulare Signalverarbeitung

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Multicellular organisms rely on the movement of signaling molecules across cells, tissues, and organs to communicate among distal sites. In plants, localized leaf damage activates jasmonic acid (JA)-dependent transcriptional reprogramming in both harmed and unharmed tissues. Although it has been indicated that JA species can translocate from damaged into distal sites, the identity of the mobile compound(s), the tissues through which they translocate, and the effect of their relocation remain unknown. Here, we found that following shoot wounding, the relocation of endogenous jasmonates through the phloem is essential to initiate JA signaling and stunt growth in unharmed roots of Arabidopsis thaliana. By employing grafting experiments and hormone profiling, we uncovered that the hormone precursor cis-12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) and its derivatives, but not the bioactive JA-Ile conjugate, translocate from wounded shoots into undamaged roots. Upon root relocation, the mobile precursors cooperatively regulated JA responses through their conversion into JA-Ile and JA signaling activation. Collectively, our findings demonstrate the existence of long-distance translocation of endogenous OPDA and its derivatives, which serve as mobile molecules to coordinate shoot-to-root responses, and highlight the importance of a controlled redistribution of hormone precursors among organs during plant stress acclimation.

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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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.