Interaktion von ABA und Zuckersignaltransduktion in sich entwickelnden Erbsensamen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während der Erbsensamenreifung differenziert der Embryo zu einem hochspezialisierten Speicherorgan. Der Prozess wird gesteuert von Umweltsignalen, Nährstoffen sowie Hormonen (Abscisinsäure, ABA) und wird verschaltet von Sucrose-non-fermenting kinases (SnRKI). Transkriptionsfaktoren (TFs) sowie Transkriptionskontrolle sind wesentlich beteiligt. In diesem Projekt sollte anhand von spezifischen transgenen Erbsensamenmodelien die Regulation der Samenreifung untersucht werden, speziell das Netzwerk von ABA-Wirkungen und Zuckersignaltransduktion. Zur Analyse dieser Vorgänge wurde zunächst eine quantitative-realtime-PCR Plattform zur Expressionsanalyse samenspezifischer TFs in Erbse etabliert. Ergebnisse zeigten, dass SnRK1-reprimierte Embryonen weniger Zytokinin (CK) enthalten und eine deregulierte Kotyledonenentwicklung und vermindertes Wachstum aufweisen. Entsprechend heraufregulierte TFs haben potentielle Funktionen für Zellproliferation, Meristemfunktion, Blattentwicklung und Polarität sowie Auxin-Signaltransduktion. Daraus folgt, dass während der frühen Samenentwicklung die Kotyledonenentstehung, deren Wachstum und Musterbildung von SnRK1-Kinasen gesteuert wird. SnRK1-reprimierte Kotyledonen enthalten weniger ABA in Übereinstimmung mit herunterregulierter Expression von TFs, die ABA- vermittelte Samenreifung, sowie Zuckersignaltransduktion steuern. Daraus kann geschlossen werden, dass SnRKI an der Zuckersignaltransduktion beteiligt ist und dass dieser Weg essentiell ist für die Initiation der Kotyledonen in der frühen Samenentwicklung. Mittels sogenannter anti-ABA-Erbsen wurde ein Modell geschaffen, bei dem das effektiv wirksames ABA vermindert ist. ABA Gehalte in diesen Samen waren stark erhöht, was sich erklären lässt, dass der größere Teil des ABA in gebundener Form durch den Antikörper vorliegt und nicht physiologisch wirksam ist. Diese Samen zeigen deshalb einen potentiell ABA-defizienten Phänotyp. Anti-ABA Samen sind signifikant kleiner und enthalten weniger Gesamtstickstoff, Globuline und partiell auch Albuminen als Wildtypsamen. Dagegen war Gesamtkohlenstoff, Saccharose und Stärke nicht verändert. Als weiteres transgenes Modell wurden Erbsensamen untersucht mit erhöhter Saccharoseaufnahmekapazität, vermittelt durch Überexpression eines Saccharosetransporters. Samen einer Linie zeigten tendenziell höhere Samengewichte sowie höhere Gehalte an Albuminen und Globulinen. Stärke war nicht verändert und Saccharose tendenziell niedriger. Offensichtlich ändert SUT1-Überexpression nicht die Saccharose steady state Gehalte sondern das Saccharose Fluxpotential. Vorläufige Ergebnisse einer globalen Genexpressionsanalyse zeigten, dass in SUT1-Samen der Entwicklungsgang verschoben ist. Gene, assoziiert mit Zellproliferation sind in frühen Stadium heraufreguliert. Es kann vermutet werden, dass ein erhöhtes Saccharose Fluxpotential Zellproliferation stimuliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007). Ectopic expression of PEP carboxylase in Vicia narbonensis seeds: effects of improved nutrient status on seed maturation and transcriptional regulatory networks. Plant J. 51, 819-839
Radchuk R, Radchuk V, Götz KP, Weichert H, Richter A, Emery RJN, Weschke W, Weber H
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(2008) Increasing amino acid supply in pea embryos reveals specific interactions of N and C metabolism and highlights the importance of mitochondrial metabolism. Plant J. 55, 909-926
Weigelt, K., Küster, H., Radchuk, R., Müller, M., Weichert, H., Fait, A., Fernie, A.R., Saalbach, I., and H. Weber
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(2009) ADP-Glucose pyrophosphorylase deficient pea embryos reveal specific transcriptional and metabolic changes of C:N metabolism and stress responses. Plant Physiol. 149, 395-411
Weigelt, K., Küster, H., Rutten, T., Fait, A., Fernie, A.R., Miersch, O., Wasternack, C. Emery, R.J.N., Desel, C , Hosein, F., Müller, M., Saalbach, I., and H. Weber
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(2009) Changing metabolic pathways to manipulate legume seed maturation and composition, in: Modification of Seed Composition to Promote Health and Nutrition, pub.: Society of Agronomy and Crop Science Society of America, Madison Wl. USA
Weber H, Radchuk R, Weigelt K, Saalbach I
