Regulation des Auxintransports

Forschungsprojekt P 13948Regulation des Auxin TransportsChristian LUSCHNIG11.10.1999 Die Charakterisierung von Faktoren, die das Wachstum und die Differenzierung von Pflanzen entwicklungs- und gewebsspezifisch beeinflussen ist eine zentrale Fragestellung der Pflanzenmolekularbiologie. Das Pflanzenhormon Auxin spielt im Ablauf dieser Prozesse offensichtlich eine zentrale Rolle, seine molekulare Wirkungsweise hingegen bleibt weiterhin recht unverstanden. Diese Problematik wird noch zusaetzlich durch die Tatsache kompliziert, dass auxinregulierte Differenzierungsprozesse offensichtlich von einer grossen Anzahl weiterer Faktoren wie z.b. Licht, Temperatur oder auch Ethylen beeinflusst werden. In Vorarbeiten zu diesern Projekt konnte durch den Antragssteller eine Schlüsselkomponente der pflanzlichen Hormonantwort charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Gen - EIR1 -unmittelbar an der Verteilung des Wachstumsregulators in der Pflanze beteiligt ist. In weiteren Arbeiten soll nun die Charakterisierung dieses Proteins dazu verwendet werden, regulatorische Aspekte des Auxin-Transportes in Pflanzen zu untersuchen. Überexpression des Auxintransporters EIR1 in der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) führt zu einer verstärkten Resistenz gegentüber toxischen, strukturellen Analogen von Auxin. Der biologische Wirkungsmechanismus dieser Resistenz ist ein EIR1-abhängiger Transport dieser Toxine aus der Hefe in das umgebende Nährmedium. Durch Einbringen von weiteren Arabidopsis Genen in diesen Hefestamm sollen Proteine charakterisiert werden, die durch Interaktion mit EIR1 zu einer veränderten Aktivität des Auxin-Transporters führen. Eine solche Aktivitätständerung sollte sich durch eine gleichzeitige Veränderung des Resistenzphänotypen gegenüber toxischen Auxin-Analogen manifestieren. In weiterer Folge ist geplant, these Regulatoren des Auxintransportes auch in Pflanzen selbst zu studieren. Dazu sollen die isolierten Gene in Arabidopsis überexprimiert werden. Konsequenzen einer dadurch veränderten Auxin- Homeostasis in planta, sollten einen wertvollen Beitrag zur Aufklärung der Wirkungsweise von Auxin erbringen, das sowohl für die Entwicklung als auch bei Anpassungsprozessen der Pflanze an Umweltfaktoren von unerlässlicher Bedeutung ist.

Pflanzen als sesshafte Organismen, zeichnen sich durch eine bemerkenswerte Flexibilität in ihrem Wachstum und somit auch in ihrer Form aus. Diese sogenannten Adaptationsprozesse werden sowohl durch pre-determinierte genetische Baupläne, als auch durch ein grosses Spektrum ein sensorischen Mechanismen reguliert, die es der Pflanze erlauben, auf Variationen in Umweltbedingungen entsprechend zu reagieren. Ein zentrales Element in der Erkennung und Übertragung derartiger Signale, spielt das Phytohormon Auxin, welches eine ganze Palette an Wachstumsprozessen beeinflusst. Aufgrund der essentiellen Rolle von Auxin in vielen Wachstumsprozessen, muss die intrazelluläre Konzentration des Hormons genau reguliert werden. Neben der Kontrolle der Auxinbiosynthese, kann die Hormonmenge durch aktiven, gerichteten Transport kontrolliert werden. In diesem Zusammenhang, scheinen vor allem potentielle Auxin-Efflux-Carrier das Ziel einer Reihe von regulatorischen Mechanismen zu sein. Im Zuge dieses Projektes konnten einige - bisher unbekannte - Mechanismen charakterisiert werden, die die Expression des wurzel- spezifischen Auxin-Carriers EIR1 (für ETHYLENE INSENSITIVE ROOT1) beeinflussen. So konnte gezeigt werden, dass Auxin selbst die Menge an produzierten EIR1 reguliert, und somit offensichtlich die Menge von transportierten Auxin kontrolliert. Dabei scheint Auxin sowohl die Transkription von EIR1 (positiv), als auch die Proteinmenge von EIR1 (negativ) zu beeinflussen. Das Zusammenspiel dieser positiven und negativen Mechanismen könnte notwendig sein, um die intrazelluläre Auxinkonzentration zu regulieren, und somit gezielte Adaptationsprozesse im Wurzelwachstum zu ermöglichen. Basierend auf den Vorarbeiten die im abgeschlossenen Projekt erbracht wurden, wird dieses Modell momentan in unserem Labor auf seine Richtigkeit hin untersucht.