Charakterisirung des ANR1 Signaltransduktionsweges

Stickstoff ist häufig ein limitierender Faktor für das Pflanzenwachstum in natürlichen Ökosystemen. Die Umweltprobleme, die durch den Einsatz von Nitrat-Düngemittel entstehen sind allgemein bekannt. Die Kenntnis der Nitratverwertung auf molekularer Ebene könnte zur Entwicklung einer effizienteren Nitrataufnahme in landwirtschaftlichen Systemen führen. Der Prozeß der Nitratverwertung wurde im Ascomyceten Aspergillus nidulans gut untersucht. Die Nitratverwertung von Pflanzen wurde bisher sehr gründlich auf physiologischer Ebene untersucht und seit kurzem auch mit verstärktem Einsatz auf molekularer Ebene. ANR1, ein MADS-Box Transkriptionsfaktor wurde als erster Transkriptionsfaktor identifiziert, der durch das NO 3 - Ion aktiviert wird, was in Analogie zum Transkriptionsfaktor NirA von A.n. steht, der ebenfalls durch NO 3 - aktiviert wird. Gezielte Deletionen von nirA bzw ANR1 führen u.a. zu Defekten in der Nitrataufnahme, neben anderen Organismus spezifischen Defekten. Im Rahmen meiner Arbeiten mit dem für die Nitratverwertung spezifischen Transkriptionsfaktor NirA in A.n. wurde deutlich, dass die Kern-translokation von NirA ein entscheidender Schritt in der Aktivierung der Nitratverwertungs-gene ist. Diese Kerntranslokation von NirA wird spezifisch durch Anwesenheit von NO 3 - in der Umgebung induziert. Der Transkriptionsfaktor ANR1 in Arabidopsis thaliana ist eine Komponente eines Signaltransduktionsweges, der durch das NO 3 - Ion induziert wird. Es konnte gezeigt werden, dass A.t. Individuen mit ANR1 Deletionen Defekte, bezüglich ihrer morphologischen Anpassung an NO 3 - Zugaben in der Umgebung zeigen, indem sie die Fähigkeit zur Stimulation von lateralem Wachstum verlieren. ANR1 scheint die Rolle eines Hauptregulators in Signaltransduktionswegen einzunehmen, der die Anpassung der Pflanze an unterschiedliche NO 3 - Konzentrationen in der Umgebung ermöglicht. Es gibt starke Hinweise, dass ANR1 durch posttranslationale Modifikationen aktiviert wird, was seine Kerntranslokation induziert, wodurch ANR1 an Promoter-Regionen von Ziel-genen bindet. Nichtsdestotrotz muss diese Hypothese durch molekulare Untersuchungen verifiziert werden. Mein Beitrag zur Verifizierung dieser Hypothese wird es sein, ein ANR1-GFP Fusionsprotein zu konstruieren und damit die intrazellulare Lokalisation von ANR1 zu bestimmen. Unter Einsatz der CLS (confocal laser scanning) - Mikroskopie soll untersucht werden ob das Fusionsprotein durch ein NO 3 - Signal in den Kern transloziert wird. Zusätzlich werde ich mittels einer Hefe-Zwei-Hybrid Selektionsstrategie versuchen andere Komponenten, die im selben Signaltransduktionsweg wie ANR1 involviert sind zu identifizieren. Für andere Proteine der MADS-Box Familie konnte gezeigt werden, dass die Kerntranslokation durch Komplexbildung mit anderen Proteinen und/oder durch Phosphorilierung induziert wird. Die geplanten Studien mit ANR1 sollen ein besseres Verständnis von den molekularen Prozessen bei der Nitrat Induktion ermöglichen. Die erlangten Erkenntnisse könnten Lösungsansätze liefern, die einen effizienteren Einsatz von Nitrat-Düngemittel in landwirtschaftlichen Systemen ermöglichen.