Vorlesung 10

Question 1

“Gibberellin inhibiert einen Inhibitor”.

Was ist damit gemeint?

Beschreiben Sie den Mechanismus der Gibberellin-Signaltransduktion!

Answer 1

Inhibitor DELLA

• DELLA ist ein Protein, das solche TF inhibiert, die für die Anschaltung von Wachstumsgenen zuständig sind.
• In Anwesenheit von Gibberellin wird nun der Abbau von DELLA
  möglich/gefördert. Insofern inhibiert GA den Wachstumsinhibitor DELLA.

Signaltransduktion:

Ohne GA:

• DELLA inhibiert TF -> die Transkription von bestimmten
  “Wachstumsgenen” (z.B. alpha Amylase-Gen) wird inhibiert

Mit GA:

• GID1 Rezeptor erkennt GA und verändert Struktur → DELLA-Domäne von GAI bindet an den Komplex, entlässt TF
• DELLA wird von einem Enzym ubiquitinyliert, und dann vom Proteasom zerstört.
  
  • DELLA Proteine verhindern übermäßiges Längenwachstum von Reis bei Überflutung

Question 2

Warum wird Getreide im Feld mit Paclobutrazol oder Ancymidol behandelt? Was passiert auf molekularer Ebene?

Answer 2

Paclobutrazol ist ein GA Inhibitor:

• er inhibiert die GA Biosynthese und führt so zu weniger Längenwachstum → gewünscht bei Zierpflanzen (Lilien), aber auch bei Getreidesorten
• (höhere Standfestigkeit und Winterfestigkeit durch verkürzte Internodien, z.B. Getreide und Raps).

Question 3

Welchen Phänotypen erwarten Sie in Pflanzen, die eine Deletion in der DELLA-Domäne von GAI aufweisen?

Warum?

Answer 3

• Deletion/Mutation der DELLA-Domäne führt zu einem GA-insensitiven, dominanten “Zwerg”-Phänotypen.
• DELLA wird nicht mehr erkannt, kann nicht mehr abgebaut werden, unabhängig von An- oder Abwesenheit von GA, z.B. gai-Mutante, da Repressor des Wachstums nicht mehr abgebaut werden kann. D.h. auch, dass die TF ständig inhibiert werden.

Question 4

Reismutanten, die eine erhöhte DELLA-Expression aufweisen, zeigen eine erhöhte Toleranz gegenüber Überflutung.

Warum?

Answer 4

• DELLA = Wachstumsrepressor.
• Mehr DELLA, weniger Wachstum.
• WT: Fluchtstrategie,
  
  • Reis mit verstärktem Längenwachstum bei Überflutung,
  • Problem bei sinkendem Wasser. keine Stabilität.
• Weniger Längenwachstum = bessere Toleranz.

Question 5

Welche Phytohormone sind verantwortlich für die Induktion von Wurzelhalstumoren durch Agrobacterium tumefaciens?

Wie ist der Mechanismus?

Answer 5

Cytokinine.

• Aus dem Ti-Plasmid von Bakterien können Sequenzen herausgeschnitten werden und in den Zellkern der Pflanzen transportiert werden.
• Dort werden diese Sequenzen in das pflanzliche Genom eingebaut.
• Auf dieser Gensequenz des Ti-Plasmids ist auch die Information für die Cytokinin-Synthese enthalten.
• An den infizierten Stellen kommt es lokal zu verstärkter Zellteilungsakivität
  
  • Wachstum bzw. Tumorbildung.

Question 6

Können Tumoren auch in Arabidopsis-Cytokininmangelmutanten gebildet werden (warum)?

Answer 6

• Ja, die Information zur Biosynthese von Cytokinin wird ja als Abschnitt der bakteriellen DNA über das Ti-Plasmid des Bakteriums in die pflanzliche Zelle eingeschleust.
• Also können selbst in solchen Mutanten, die nicht zur Cytokininsynthese fähig sind, Tumore entstehen.

Question 7

Welche phänotypischen Konsequenzen erwarten Sie in Pflanzen, die ein IPT-Gen überexprimieren (und warum)?

Answer 7

• IPT Gene kodieren für Isopentenyltransferasen, die die Synthese von Cytokinin katalysieren.
• Bei einer Überexpression von IPTs wäre eine höhere Konzentration von CK zu erwarten.
• CK fördert z.B. die Verhinderung von Blattseneszenz, erhöht die Verzweigung, erhöht die Samenproduktion, ggf. weniger Wurzeln.

Question 8

Was ist über den Cytokinintransport bekannt?

Answer 8

• Synthese erfolgt in unterschiedlichen Pflanzenteilen, hauptsächlich aber in der Wurzel.
• Unterschiedliche Formen werden entweder im Phloem, oder aber im Xylem transportiert.

Welchen Spross-Phaenotypen erwarten Sie, wenn man den Spross einer Mutante in der Cytokininsynthese auf eine Wildtyp-Wurzel pfropft (und warum)?

• Verhältnis Cytokinin:Auxin bestimmt die Ausbildung von Spross und Wurzel. Bei erhöhter Cytokinin Konzentration findet verstärktes Sprosswachstum statt.
• Da Cytokinin hauptsächlichin der Wurzel gebildet wird, wäre ein dem Wildtyp-ähnlicher Spross zu erwarten.

Question 9

Welchen Spross-Phaenotypen erwarten Sie, wenn man den Spross einer Mutante in der Cytokininsynthese auf eine Wildtyp-Wurzel pfropft (und warum)?

Answer 9

Verhältnis Cytokinin: Auxin bestimmt die Ausbildung von Spross und Wurzel. Bei erhöhter Cytokinin Konzentration findet verstärktes Sprosswachstum statt.

Da Cytokinin hauptsächlich in der Wurzel gebildet wird, wäre ein dem Wildtyp-ähnlicher Spross zu erwarten.

Question 10

Beschreiben Sie den Mechanismus der Cytokinin-Perzeption und Signaltransduktion in der pflanzlichen Zelle!

Answer 10

zwei/drei Komponentensystem:

1. Erkennung durch Rezeptor:
   
   • Histidin-Kinase erkennt erhöhte Cytokinin-Konzentration
   • → Autophosphorylierung
   • → Phosphorylierung von Histidin Phosphotransferasen
2. Shuttlesystem:
   
   • AHPs shutteln zwischen Cytosol und Zellkern, dort phosphorylieren sie Response Regulators
3. Response Regulators:
   
   • Typ B sind positive Regulatoren, also TFs (=mit DNA Bindedomäne),
   • Typ A sind negative Regulatoren, die die Transkription inhibieren.

Question 11

Welchen Spross-Phaenotypen erwarten Sie, wenn man den Spross einer Mutante in der Cytokininsynthese auf eine Wildtyp-Wurzel pfropft (und warum)?

Answer 11

• Verhältnis Cytokinin: Auxin bestimmt die Ausbildung von Spross und Wurzel. Bei erhöhter Cytokinin Konzentration findet verstärktes Sprosswachstum statt.
• Da Cytokinin hauptsächlich in der Wurzel gebildet wird, wäre ein dem Wildtyp-ähnlicher Spross zu erwarten.