Combinatorial regulation of bZIP10 dependent stress responses in Arabidopsis thaliana

Abstract

Um überleben zu können ist es äußerst wichtig, dass Pflanzen angemessen auf verschiedene Reize aus ihrer Umwelt reagieren. Dies wird meistens durch Änderungen der Expression verschiedener Gene ermöglicht. Experssionsänderungen werden durch Transkriptionsfaktoren reguliert. bZIP-Transkriptionsfaktoren finden sich in Eukaryoten, von der Hefe hin zu Menschen, und spielen in Pflanzen bei verschiedenen metabolischen Prozessen und bei der Reaktion auf unterschiedliche Stressfaktoren eine wichtige Rolle. Den Schwerpunkt meiner Untersuchungen legte ich auf bZIP10, ein bZIP aus der C-Gruppe der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, mit dem Ziel den Einfluss und die Art der Regulation dieses Transkriptionsfaktors in pflanzlichen Prozessen aufzuklären. Pathogenexperimente mit Arabidopsis bZIP10-Überexpressionslinien zeigten, dass dieser Transkriptionsfaktor in der biotischen Stressantwort involviert ist. Die Überexpression von bZIP10 führte zur erhöhten Toleranz der Pflanzen gegenüber dem biotrophen Pfanzenschädling Pseudomonas syringae und zur erhöhten Sensitivität gegenüber dem nekrotrophen Schädling Botrytis cinerea und dem herbivoren Fraßfeind Mamestra brassicae. Es scheint, dass bZIP10 einen positiven Einfluss auf Salicylsäure-vermittelte Abwehrreaktionen gegen biotrophe Pathogene und indirekt eine antagonistische Rolle bei Jasmonat-vermittelten Reaktionen auf nekrotrophe Pathogene und Herbivoren hat. Daher scheint bZIP10 ein weiterer wichtiger Faktor bei der Wechselwirkung zwischen SA- und JA-vermittelten Abwehrmechanismen zu sein. Durch massenspektrometrische Proteomanalysen von bZIP10 konnte gezeigt werden, dass Cystein-Reste eventuell eine Rolle bei der Redox-basierten Regulation dieses Proteins spielen. Dies stimmt mit dem Ergebnis über ein, dass ein Austausch von Cystein- zu Alanin-Resten, in der bZIP10 Proteinsequenz, zu einer Veränderung der ProDH1 (PROLINE DEHYDROGENASE 1) Transaktivierung, durch bZIP10 und bZIP53 Heterodimere in Protoplasten aus Mesophyllzellen, führt. bZIP53 ist dabei ein bekannter Interaktionspartner von bZIP Transkriptionsfaktoren der C-Gruppe. Allerdings stimmte bei diesen Mutanten die Fähigkeit der Transaktivierung nicht mit der Fähigkeit Heterodimere zu bilden überein. Dies weist darauf hin, dass ein weiteres Protein eine Rolle bei der Regulation von bZIP10 spielen könnte. ChIP-qPCR und Genexpressionsanalysen weisen darauf hin, dass ASN1 (ASPARAGINE SYNTHETHASE 1) möglicherweise direkt durch bZIP10 reguliert wird. Die von uns beobachteten Phänotypen stimmen dabei mit den veröffentlichten Daten von Arabidopsis-Pflanzen mit veränderten ASN1 Gehalten überein. Dies weist darauf hin, dass bZIP10 die Pathogenantwort über die Regulation von ASN1 verändert. Abschließend konnten durch massenspektrometrische Proteomanalysen einige weitere Proteine als potentielle bZIP10 Interaktionspartner identifiziert werden. Diese Analysen liefern wertvolle Hinweise auf die Funktion und Regulation von bZIP10.