Vincentius Andrianto Halim

The Role of Salicylic Acid and Octadecanoids for Pathogen Defense in Potato

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 23.05.2006

Abstract
Die Rolle von Salicylat und Octadecanoiden für die Pathogenabwehr der Kartoffel wurde durch transgene Ansätze untersucht. Kartoffelpflanzen, die aufgrund der Expression eines Salicylathydroxylase-Gens keine Salicylsäure akkumulieren können, erlaubten nach Infektion mit Phytophthora infestans, dem Erreger der Kraut- und Knollenfäule, ein signifikant verstärktes Wachstum des Oomyceten. Die erhöhte Suszeptibilität korrelierte mit einer reduzierten Kallosebildung und einer geringeren frühen Expression von Abwehrgenen. Die Menge an Jasmonat wurde durch Expression von RNA-Interferenzkonstrukten gegen das Gen für das Jasmonatbiosynthese-Enzym 12-Oxophytodiensäure-Reduktase (OPR3) in transgenen Kartoffelpflanzen verringert. OPR3-RNAi-Pflanzen, die nach Verwundung nur noch stark reduzierte Mengen an Jasmonat bildeten, zeigten nach Infektion mit P. infestans ein erhöhtes Wachstum des Pathogens. Diese Ergebnisse lassen auf eine Rolle von Salicylat und Jasmonat für die basale Abwehr der Kartoffel gegen P. infestans schließen. Der Oligpopeptid-Elicitor Pep-13 induziert in Kartoffel Abwehrreaktionen, wie den "oxidative burst", die Akkumulation von Salicylat und Jasmonat, Abwehrgenexpression und hypersensitiven Zelltod. Die Untersuchung der Pep-13-induzierten Reaktionen in den transgenen Pflanzen zeigte eine Abhängigkeit von sowohl Salicylat als auch Jasmonat. Dabei ist die Salicylatakkumulation für alle untersuchten Abwehrreaktionen notwendig, während Jasmonat in der Signaltransduktionskette unterhalb von Salicylat liegt. Im Gegensatz zu Arabidopsis thaliana, wo für Stressantworten ein negativer "Crosstalk" zwischen Salicylat und Jasmonat gezeigt wurde, wirken diese beiden Substanzen bei der Pep-13-vermittelten Signaltransduktion in Kartoffel in der gleichen Signalkette.

The role of Salicylic acid and Octadecanoids for pathogen defense of potato is studied using transgenic approach. Potato plants expressing Salicylic acid hydroxylase gene which can not accumulate Salicylic acid are more susceptible to Phytophthora infestans, the oomycete that attacks potato leaves and tubers. The increase of susceptibility correlates with the reduction of callose formation and the reduction of early expression of defense genes. The amount of Jasmonic acid is reduced by expression of RNA-interference construct against gene for Jasmonic acid biosynthetic enzymes, 12-oxophytodienoate-reductase (OPR3). OPR3-RNAi-plants with reduced jasmonic acid after wounding, show increase of Phytophthora infestans growth after infection. Finally, this results show the role of Salicylic acid and Jasmonic acid for basal defense of potato plants against Phytophthora infestans. The oligopeptide-elicitor, Pep-13, induces potato defense responses such as oxidative burst, accumulation of Salicylic acid and Jasmonic acid, defense gene expression and hypersensitive cell death. The study of Pep-13-induced reaction in transgenic plants shows that it is Salicylic acid and Jasmonic acid dependence. Thereby Salicylic acid accumulation is important for all of our studied defense responses in potato. Meanwhile, Jasmonic acid is downstream of Salicylic acid in potato defense signal transduction. In contrast to Arabidopsis thaliana, where defense reaction shows negative cross talk between Salicylic acid and Jasmonic acid, both substances work in concert in Pep-13-associated signal transduction in potato.

Keywords:
Salicylat, Jasmonat, Octadecanoiden, Phytophthora infestans, basale abwehr, kartoffel, Pep-13, crosstalk, signaltransduktionskette, 12-oxophytodiensäure-reduktase (OPR3)

Salicylic acid, Jasmonic acid, Octadecanoids, Phytophthora infestans, basal defense, potato, Pep-13, crosstalk, signaltransduction, 12-oxophytodienoate-reductase (OPR3)

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Inhaltsverzeichnis
Front page, Publications, Contents, List of abbreviations
I. Introduction (1-15)
II. Materials and methods (15-26)
III. Results (27-57)
IV. Discussion (58-70)
V. Conclusion (71)
VI. References (72-79)