Publikationen - Molekulare Signalverarbeitung

Auxin elicits diverse cell behaviors through a simple nuclear signaling pathway initiated by degradation of Aux/IAA co-repressors. Our previous work revealed that members of the large Arabidopsis Aux/IAA family exhibit a range of degradation rates in synthetic contexts. However, it remained an unresolved issue whether differences in Aux/IAA turnover rates played a significant role in plant responses to auxin. Here, we use the well-established model of lateral root development to directly test the hypothesis that the rate of auxin-induced Aux/IAA turnover sets the pace for auxin-regulated developmental events. We did this by generating transgenic plants expressing degradation rate variants of IAA14, a crucial determinant of lateral root initiation. Progression through the well-established stages of lateral root development was strongly correlated with the engineered rates of IAA14 turnover, leading to the conclusion that Aux/IAAs are auxin-initiated timers that synchronize developmental transitions.

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.

Glutaminyl cyclase (QC, EC 2.3.2.5) catalyzes the formation of pyroglutamate residues from glutamine at the N-terminus of peptides and proteins. In the current study, human QC was functionally expressed in the secretory pathway of Pichia pastoris, yielding milligram quantities after purification from the supernatant of a 5 L fermentation. Initial characterization studies of the recombinant QC using MALDI-TOF mass spectrometry revealed correct proteolytic processing and N-glycosylation at both potential sites with similar 2 kDa extensions. CD spectral analysis indicated a high α-helical content, which contrasts with plant QC from Carica papaya. The kinetic parameters for conversion of H-Gln-Tyr-Ala-OH by recombinant human QC were almost identical to those previously reported for purified bovine pituitary QC. However, the results obtained for conversion of H-Gln-Gln-OH, H-Gln-NH2, and H-Gln-AMC were found to be contradictory to previous studies on human QC expressed intracellularly in E. coli. Expression of QC in E. coli showed that approximately 50% of the protein did not contain a disulfide bond that is present in the entire QC expressed in P. pastoris. Further, the enzyme was consistently inactivated by treatment with 15 mM DTT, whereas deglycosylation had no effect on enzymatic activity. Analysis of the fluorescence spectra of the native, reduced, and unfolded human QC point to a conformational change of the protein upon treatment with DTT. In terms of the different enzymatic properties, the consequences of QC expression in different environments are discussed.

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.