Lennart Eschen-Lippold

Analyse der Funktion des 9-Oxylipin-Stoffwechsels und von SNARE-Homologen für die Pathogenabwehr der Kartoffel

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 10.11.2008

Abstract
In dieser Arbeit wurde der Pathogen-induzierbare 9-Lipoxygenase (StLOX1)-Weg in Kartoffel (Solanum tuberosum) charakterisiert. Dazu wurden die Gene für das erste Enzym StLOX1 und das einen Folgeschritt katalysierende Enzym 9-Divinylether-Synthase (St9DES) mittels RNA-Interferenz in ihrer Expression herabgesetzt. In Pflanzen mit stark reduzierten Mengen an 9-Oxylipinen zeigte sich, dass für die Knollenentwicklung, die Reaktion auf abiotischen Stress, sowie die Ausprägung der Infektion mit dem Kraut- und Knollenfäule-Pathogen Phytophthora infestans sowohl in der basalen als auch der Rasse-Sorte-spezifischen Resistenz keine entscheidende Beteiligung des 9-Lipoxygenase-Wegs vorliegt. Des weiteren stand die funktionelle Analyse der Kartoffel-SNARE-Homologen (soluble NSF attachment protein receptor) StSYR1 (syntaxin-related 1) und StSNAP33 (synaptosomal-associated protein 33 kDa) im Fokus. Im Vergleich zu Kontrollpflanzen zeigen RNAi-Pflanzen mit stark reduzierten Transkriptmengen in beiden Fällen einen verfrühten Seneszenz-Phänotyp, der mit erhöhten endogenen Salicylsäuremengen korreliert. Im Fall der StSYR1-RNAi-Pflanzen liegt eine erhöhte Resistenz gegen P. infestans vor, die makroskopisch mit verstärkter Nekrosenbildung und mikroskopisch mit dem Verlust der lokalen Papillenbildung einhergeht.

In this work, the pathogen-inducible 9-lipoxygenase (StLOX1)-pathway of potato (Solanum tuberosum) was characterized. The genes encoding the first enzyme StLOX1 and the enzyme St9DES, catalysing a subsequent step, were down-regulated in their expression by RNAinterference. Transgenic plants with strongly reduced levels of 9-oxylipins revealed no decisive role of the 9-lipoxygenase pathway for tuber development, the response to abiotic stress as well as disease development following inoculation with Phytophthora infestans, the causal agent of late blight disease, both in basal and race-cultivar-specific resistance. Furthermore, the potato SNARE-homologs (soluble NSF attachment protein receptor) StSYR1 (syntaxin-related 1) and StSNAP33 (synaptosomal-associated protein 33 kDa) were functionally characterized. Compared to control plants, RNAi plants with strongly downregulated StSYR1- and StSNAP33-expression showed an early senescence phenotype concomitant with higher endogenous salicylic acid levels. With regard to the StSYR1-RNAi plants, a higher resistance against P. infestans macroscopically correlates with enhanced necrosis formation and microscopically with a loss of papillae-formation.

Keywords:
Phytophthora infestans, Lipoxygenase, Oxylipine, Divinylether, Resistenz, SNARE-Proteine, Syntaxin, Salicylsäure, Seneszenz, RNA-Interferenz

Phytophthora infestans, lipoxygenase, oxylipins, divinylether, resistence, SNARE-proteins, syntaxin, salicylic acid, senescence, RNA-interference

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Publikationen, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung (1-18)
2. Material und Methoden (19-31)
3. Ergebnisse (32-71)
4. Diskussion (71-84)
5. Zusammenfassung (85)
Anhang (86-100)
Literatur (101-119)