Arbeitsgruppe PD Dr. Susanne Berger

Für Jasmonsäure und ihre Derivate sind Mechanismen der Erkennung und Signalweiterleitung beschrieben worden, wenig ist aber darüber bekannt wie die Wirkungen von reaktiven elektrophilen Oxylipinen wie 12-oxo-Phytodiensäure vermittelt werden. Um Komponenten dieser Signalwege zu identifizieren wurden Mutanten isoliert, die eine veränderte Reaktion auf Oxylipine wie Prostaglandine zeigen und damit vermutlich einen Defekt in einer Komponente der Signaltransduktionskette aufweisen. Für den Mutanten“screen“ wurden Reporter-Pflanzen verwendet, die das Luziferasegen unter der Kontrolle eines Oxylipin-responsiven Promotors exprimieren. Durch diesen Ansatz wurde ein Zinkfingerprotein als neuer Faktor der Oxylipinsignaltransduktion identifiziert. Um die Relevanz dieses Proteins sowie der Oxylipine generell bei der Stresstoleranz zu verstehen, wird die Reaktion auf biotische und abiotische Stressfaktoren in verschiedenen Mutanten mit veränderter Expression des Zinkfingerproteins und verwandter Proteine getestet. Dabei interessieren uns sowohl die Auswirkungen auf physiologischer Ebene als auch Unterschiede in der Expression verschiedener Oxylipin-responsiver Gene sowie das Metabolitprofil.

Oxylipine spielen in vielen Organismen eine wichtige Rolle als Signale. Während in Gefäßpflanzen Jasmonsäure und ihre Derivate Wachstum, Entwicklung und Stressantworten regulieren, fehlt dieses Oxylipin in dem Lebermoos Marchantia polymorpha. Hier übernimmt das reaktive elektrophile Oxylipin dinor-oxo-Phytodiensäure die meisten Funktionen von Jasmonsäure. Trotz Unterschieden im Oxylipinprofil sind einige Oxylipin-Signaltransduktionsfaktoren zwischen Arabidopsis und Marchantia konserviert. Marchantia polymorpha hat sich als Modellsystem etabliert, da es ein kleineres Genom als Gefäßpflanzen besitzt und daher weniger Proteine für ähnliche Funktionen verantwortlich sind. Um die Relevanz des Zinkfingerproteins in Marchantia polymorpha aufzuklären, werden über CRISPR/Cas-Technologie Mutanten mit Defekten in diesem Protein generiert und die Auswirkungen auf Wachstum, Entwicklung und Stresstoleranz untersucht. Der Vergleich mit Arabidopsis erlaubt auch eine Aussage über die Evolution der Oxylipin-Signale und Signaltransduktions-mechanismen.

Fette (Triacylglycerole) sind wichtige Energiespeicher in Samen bzw. Früchten von Pflanzen. Der Gehalt in vegetativem Gewebe ist gering, aber verschiedene abiotische Stressfaktoren sowie der Kontakt mit pilzlichen oder bakteriellen Pathogenen führen zu einem Anstieg der Speicherlipidgehalte auch in Blättern und Wurzeln von Pflanzen. Dieser Anstieg kann auch durch aus Bakterien oder Pilzen stammende Elicitormoleküle ausgelöst werden. Über die Signaltransduktionsketten, die diese Reaktion vermitteln, ist noch wenig bekannt. Weiterhin führt die Behandlung mit Pathogenen oder Elicitoren zu einer Oxidation von Speicher- und Membranlipiden. Die Oxidation kann enzymatisch katalysiert werden oder nicht-enzymatisch durch reaktive Sauerstoffspezies, dabei werden insbesondere mehrfach ungesättigte Fettsäuren oxidiert. Wir untersuchen die Mechanismen der Lipidakkumulation und Lipidoxidation sowie der Signaltransduktion in Wurzeln und Blättern der Ackerschmalwand nach Kontakt mit Bakterien, Pilzen und Lipopolysaccharid, einem bakteriellen Elicitor.