Nadine Groß

The secretoric RibonukleaseLE in Lycopersicon esculentum - Characterization of regulation and function

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 16.03.2005

Abstract
Ribonukleasen (RNasen) sind Enzyme, die die Phosphordiesterbrücken von Ribonukleinsäuren spalten. Durch nukleolytischen Abbau von RNasen werden verschiedene zelluläre Differenzierungs- und Entwicklungsprozesse reguliert. Die biologische Funktion der RNaseLE in Lycopersicon esculentum (Tomate) ist, wie die der meisten T2-RNasen in Pflanzen, unbekannt. Die Zielstellung der Arbeit war deshalb, die Funktion der RNaseLE in der Pflanze zu untersuchen.
Die RNaseLE kommt im Phloem junger Pflanzenorgane vor. Aufgrund des spezifischen Vorkommens von Transkript und Protein in sich differenzierenden Phloemzellen kann eine Funktion der RNaseLE in der Phloemdifferenzierung, speziell in der kontrollierten Autolyse der Siebzellen, vermutet werden.
Nach einer Verwundung der Pflanze wird die RNaseLE nicht nur lokal, sondern auch phloemspezifisch an der Wundstelle exprimiert. Eine Wundheilungsfunktion durch Redifferenzierung von Phloem wird deshalb für die RNaseLE postuliert. Obwohl die zentralen Signalwegkomponenten in der Wundantwort von Lycopersicon, Systemin sowie Jasmonsäure (JA), im Phloem vorkommen, wird die RNaseLE Expression nach Verwundung unabhängig von Systemin und JA reguliert. Diese Regulation ist für andere wundinduzierte Gene nicht bekannt und deutet auf einen neuen Wundsignalweg in Tomate hin.
Bei Phosphatmangel wird die RNaseLE in neu gebildeten Seitenwurzeln und in den Seitenwurzelinitialen der Pflanze exprimiert, und könnte demnach an der Seitenwurzelbildung beteiligt sein. Die durch Phosphatmangel induzierte Expression der RNaseLE wird durch Cytokinine reprimiert. Auf transkriptioneller Ebene wird die RNaseLE positiv reguliert, da ausschließlich bei Phosphatmangel spezifische Interaktionen zwischen Promotor und Kernfaktoren detektiert werden konnten. Mit dem Aufzeigen von Interaktionen in bestimmten Promotorbereichen konnten phosphatmangelrelevante regulatorische cis-Elemente des RNaseLE Promotors nachgewiesen werden.

Ribonucleases (RNasen) are enzymes, which hydrolyze the phosphordiesterbounds of ribonucleicacids. Various differencial- and developmental processes were regulated by nucleolytical breakdown of RNases. The biological function of RNaseLE in Lycopersicon esculentum is unknown, like the functions of the most T2-RNases in plants. The goal of this work was the investigation of the role of RNaseLE in tomato.
RNaseLE occurs rarely in organs of young plants. To investigate the tissue dependent expression, transgenic plants carrying the total promoter of RNaseLE were used. RNaseLE is expressed in young differential phloem tissue. In aggreement with the specific occurence of transcript and protein in maturing phloem cells a possible function of RNaseLE in phloem development and differentiation, especially in controlled autolysis of sive elements, is assumed.
Following wounding of plant RNaseLE is local expressed. The transcript accumulates phloemspecific near the woundsite. A function of RNaseLE in wound healing by redifferentiating of phloem cells is propagated. Although the central signal components of the wound response, Systemin and Jasmonsäure (JA), are phloem located, wound induced RNaseLE expression is independent of Systemin and JA regulated. This kind of regulation is different from other wound induced genes and suggests a new pathway.
By phosphor deficiency RNaseLE is expressed in phloem cells of new lateral roots and in initials of lateral roots of L. esculentum. The specific localisation of the enzyme supposes an involvement in lateral root development. The expression of RNaseLE following phosphor deficiency is remained by cytokinines and is transcriptionally positive regulated. Interactions between promoter and nucleic factors are specific and occur in promoter regions, which contain common cis-elemens of phosphor deficiency induced genes.

Keywords:
Ribonuklease LE, in situ-Hybridisierung, Phloem, Lycopersicon (Wundantwort), Expressionsanalysen, Systemin, Jasmonate-Unabhängigkeit, Phosphatmangel, ß-Glucuronidase,Bandshift-Assay

ribonuclease LE, in situ-hybridization, phloem, Lycopersicon (wound response), expression analysis, systemin, jasmonate-independent signaling, phosphor deficiency, ß-glucuronidase, electrophoretic mobility shift assays

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Publikationen, Inhaltsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung (1-10)
2. Abkürzungsverzeichnis (11-13)
3. Material und Methoden (14-34)
4. Ergebnisse (35-86)
5. Diskussion (87-101)
6. Zusammenfassung (102-103)
7. Literaturverzeichnis (104-115)