Galactinol in von Nematoden induzierten Synzytien

Zystennematoden befallen eine Vielzahl von Kulturpflanzen und können beträchtliche Schäden hervorrufen. Die Infektion von Arabidopsis thaliana Wurzeln mit dem Rübenzystennematoden Heterodera schachtii wurde als Modellsystem etabliert. In einem Vorprojekt haben wir gefunden, daß alle 4 Gene für Myo-inositol Oxygenase in Synzytien stark exprimiert werden. Myo-Inositol ist ein Vorprodukt für die Biosynthese von Galaktinol und durch die Reduktion des Myo-Inositol Gehalts wird auch der Galaktinol Gehalt niedrig gehalten. Im vorliegenden Projekt wollen wir untersuchen, welche Rolle Galaktinol für die Resistenz gegenüber Zystennematoden spielt. Unsere Hypothese ist, daß ein erhöhter Galaktinolgehalt in Synzytien zu erhöhter Resistenz gegenüber Zystennematoden führt. Hierzu wollen wir transgene Arabidopsis Linien herstellen welche einen hohen bzw. niedrigen Galaktinolgehalt besitzen. Parallel dazu wird in einer Transkriptomanalyse untersucht, welche Wirkung ein hoher Galaktinolgehalt auf die Genexpression in Synzytien hat. Dies sollte uns Hinweise geben, welche Gene letztlich für die Resistenz verantwortlich sind. Unsere Ergebnisse könnten neue Möglichkeiten für die Züchtung nematodenresistenter Pflanzen aufzeigen. Pflanzen mit hohem bzw. niedrigen Galaktinolgehalt wären auch interessant für die Untersuchung von Galaktinol für die Resistenz gegenüber abiotischem Stress.

Zystennematoden befallen eine Vielzahl von Kulturpflanzen und können beträchtliche Schäden hervorrufen. Die Infektion von Arabidopsis thaliana Wurzeln mit dem Rübenzystennematoden Heterodera schachtii wurde als Modellsystem etabliert. In diesem Projekt wurde untersucht, welche Rolle Galaktinol bei biotischem Stress, insbesondere gegenüber Zystennematoden, sowie abiotischem Stress spielt. Hierzu wurden transgene Arabidopsis Linien hergestellt welche einen hohen bzw. niedrigen Galaktinolgehalt besitzen. Zum einen wurde eine Doppelmutante für 2 Galaktinol Synthasen die in den Synzytien exprimiert werden hergestellt. Diese hatte einen niedrigen Gehalt an Galaktinol. Pflanzen mit einem hohen Gehalt an Galaktinol wurden auf 2 Wegen erhalten. Eine Doppelmutante für Raffinose Synthasen hatte keine Raffinose aber stark erhöhten Gehalt an Galaktinol. Pflanzenlinien mit höherem Gehalt an Myo-inositol und Galaktinol wurden durch Überexpression des Enzyms Myo-inositol-Phosphat-Synthase erhalten (MIPS-OE). Eine Metabolom Analyse welche in Zusammenabeit mit Prof. Weckwerth an der Universität Wien durchgeführt wurde bestätigte die oben erwähnten Metabolit Gehalte. Darüber hinaus wurden keine signifikanten Zunahmen oder Abnahmen an Metaboliten gefunden welche die beobachteten Reaktionen (s.u.) der beschriebenen Pflanzenlinien erklären könnten. Eine Transkriptom Analyse von Synzytien und Keimlingen fand nur wenige Unterschiede zum Wildtyp. Interessant war dass in MIPS-OE Linien PR-Gene und ein Pflanzendefensin Gen hochreguliert waren. Diese Linien hatten eine erhöhte Resistenz gegenüber Botrytis cinerea. Ob diese Linien auch eine höhere Resistenz gegenüber Nematoden haben ist noch nicht abschliessend geklärt da die Myo-inositol und Galaktinol Gehalte stark schwanken. Für diese Linien wurde auch eine bessere Keimfähigkeit bei NaCl (125 mM), NaHCO3 (125 mM) oder Sorbitol (350 mM) gefunden. Für die Raffinose Synthase Doppelmutante wurde auch ein Phänotyp gefunden. Diese Pflanzen zeigten eine verzögerte Keimung im Dunkeln aber nicht im Licht. Dies soll in Zukunft näher untersucht werden. In Bezug auf die Interaktion mit Nematoden wurde eine erhöhte Resistenz gefunden. Die Doppelmutante für 2 Galaktinol Synthasen hatte wie erwartet einen geringeren Galaktinol Gehalt. Allerdings hatte die Mutante auch eine erhöhte Nematoden Resistenz was wir zur Zeit nicht erklären können. Bei der Transkriptomanalyse wurden bei dieser Linie einige Veränderungen in der Genexpression gefunden die in Zukunft näher untersuch werden sollen und vielleicht die erhöhte Resistenz gegenüber Nematoden erklären können.