Publikationen - Molekulare Signalverarbeitung

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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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In biosynthesis of octadecanoids and jasmonate (JA), the naturally occurring enantiomer is established in a step catalysed by the gene cloned recently from tomato as a single-copy gene (Ziegler et al., 2000). Based on sequence homology, four full-length cDNAs were isolated from Arabidopsis thaliana ecotype Columbia coding for proteins with AOC activity. The expression of AOCgenes was transiently and differentially up-regulated upon wounding both locally and systemically and was induced by JA treatment. In contrast, AOC protein appeared at constitutively high basal levels and was slightly increased by the treatments. Immunohistochemical analyses revealed abundant occurrence of AOC protein as well as of the preceding enzymes in octadecanoid biosynthesis, lipoxygenase (LOX) and allene oxide synthase (AOS), in fully developed tissues, but much less so in 7-day old leaf tissues. Metabolic profiling data of free and esterified polyunsaturated fatty acids and lipid peroxidation products including JA and octadecanoids in wild-type leaves and the jasmonate-deficient mutant OPDA reductase 3 (opr3) revealed preferential activity of the AOS branch within the LOX pathway. 13-LOX products occurred predominantly as esterified derivatives, and all 13-hydroperoxy derivatives were below the detection limits. There was a constitutive high level of free 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) in untreated wild-type and opr3 leaves, but an undetectable expression of AOC. Upon wounding opr3 leaves exhibited only low expression of AOC, wounded wild-type leaves, however, accumulated JA and AOC mRNA. These and further data suggest regulation of JA biosynthesis by OPDA compartmentalization and a positive feedback by JA during 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.