Stephan Bau

Untersuchungen zur Jasmonat-Signaltransduktion in Arabidopsis thaliana anhand des Jasmonat-regulierten Gens Atjrg21

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 26.01.2001

Abstract
Die Jasmonsäure und ihre Derivate, die Jasmonate, sind pflanzliche Wachstumsregulatoren. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sind sie an Prozessen wir der Pollenreifung, Wundantwort und Pathogenabwehr beteiligt. Ihre Funktion besteht in der Regulation spezifischer Gene. Zu solchen Genen gehört das Jasmonat-regulierte Gen Atjrg21. Die cDNA dieses Gens wurde im Vorfeld dieser Arbeit isoliert und sollte als Marker und Werkzeug für molekulare Studien über Jasmonat-regulierte Signaltransduktionsprozesse dienen.
Die Funktion des Atjrg21 ist unbekannt, jedoch sind große Mengen an Atjrg21-Transkript nach der Behandlung mit Methyljasmonat, der Verwundung der Pflanze oder der Infektion mit dem Pflanzenpathogen Fusarium oxysporum nachweisbar.
Genomische Sequenzen des Atjrg21-Gens wurden zur Generierung transgener Pflanzen mit Jasmonat-induzierbaren Reportergenen genutzt. Hierbei zeigte sich, dass Intron-Bereiche essentiell für die Induktion des Atjrg21 durch Methyljasmonat und andere Stressoren sind. Zwei G-Box-Motive (CACGTG) im zweiten Intron konnten mithilfe von Mutageneseexperimenten als Regulationselemente identifiziert werden.
Weiterhin wurden transgene Pflanzen mit einem Jasmonat-responsiven, konditional letalen Selektionsmarker genutzt, um Jasmonat-Signaltransduktionsmutanten zu selektieren. Mithilfe dieser Pflanzen konnten in einer mutagenisierten Population putative, Jasmonat-insensitive Mutanten isoliert werden, welche in nachfolgenden Northern-Blot-Analysen eine verminderte Akkumulation der Atjrg21-mRNA nach Applikation von Methyljasmonat zeigten.

Jasmonic acid and its derivatives are plant growth regulators. In Arabidopsis thaliana jasmonates are involved in processes like pollen development, wound response and pathogen defence.
To obtain molecular probes for studying jasmonate signalling we screened in our previous work for jasmonate-inducible genes. Here we isolated a cDNA of the jasmonate-regulated gene Atjrg21. The function of Atjrg21 is still unknown, but Northern blot analysis show that the Atjrg21 is induced by methyl jasmonate treatment, wounding and the plant pathogen Fusarium oxysporum.
We used genomic sequences of Atjrg21 to generate transgenic plants with jasmonate-inducible reporter genes. In these experiments we observed that intron sequences are essential for the regulation of Atjrg21. Two potential G-boxes were found within the second intron, which were subsequently altered by site directed mutagenesis. This mutagenesis led to the loss of jasmonate inducibility and showed that gene activation by jasmonate is dependent on these two boxes.
Furthermore, we used transgenic plants with a jasmonate-inducible conditional lethal marker gene to screen for jasmonate-insensitive mutants. In a mutagenised population we were able to select putative mutants with altered gene expression of Atjrg21.

Keywords:
Jasmonate, Arabidopsis, G-Box, Signaltransduktionsmutanten

jasmonates, Arabidopsis, G-box, signaltransduction, mutants

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Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen und Symbole, Inhaltsverzeichnis (1-6)
1 Einleitung (7-14)
2 Material und Methoden (15-30)
3 Ergebnisse (31-60)
4 Diskussion (61-74)
5 Zusammenfassung (75)
6 Literaturverzeichnis (76-89)
7 Anhang (90-110)