pdf-Dateien - Nationales Genomforschungsnetz - NGFN

5 Forschunginduziert. Die Anhäufung des ReaktionsproduktsTrehalose-6-Phosphat könnte daher als Hungersignalwirken. Deutliche Veränderungen in der Expressionvon Genen der Hormonsynthese und derRezeptorsysteme deuten auf einen Abfall der Cytokinin-Syntheseund einen Anstieg der ABA undEthylen-Synthese bzw. -Sensorik als frühe Antwortauf Niedrigzuckerbedingungen hin (Abb. 5).Pflanzen nutzen Nitrat alsSignal für die Regulationdes StickstoffhaushaltesPflanzen unterscheiden sich von anderenOrganismen, weil sie Nitrat als Hauptstickstoffquellenutzen. Wir wollen daher lernen, wie derMetabolismus, das Wachstum und die Entwicklungder Pflanze auf den Wechsel in der Stickstoffversorgungantwortet und welche Antwortendavon durch Nitrat als Signal moduliert werden.Eins unserer “Gauntlets” benutzt die AminosäureGlutamin als konstitutive Stickstoffquelle und bietetNitrat in verschiedenen Konzentrationen an.Ziel war es, die Signalwirkung von Nitrat zu analysieren.Analysen bestätigen, dass unter diesenBedingungen das Wachstum sowie die Aminosäure-und Proteinpegel weitgehend Nitratunabhängigsind. Die Bildung von Lateralwurzelnund das Wurzelwachstum wird dagegen stimuliertund stellt wahrscheinlich eine adaptive Antwortzur Förderung der Nährstoffsuche und -aufnahmedar. 13 Gene konnten beim Durchmustern von T-DNA-Insertionslinien identifiziert werden, die vielleichtan der Regulierung der Wurzelarchitekturbeteiligt sind und teilweise Signal- und Regulationsproteinekodieren. Niedrige Nitratkonzentrationenbeschleunigen auch den Übergang vomvegetativen zum reproduktiven Wachstum (Blühen).Diese „Fluchtstrategie” hat offensichtlicheökologische und agronomische Konsequenzen.Mutanten, die in der Photoperiode, der Vernalisierungund den autonomen Blühinduktionsprogrammenbetroffen sind, antworten weiterhin aufNitrat als Signal.In einem komplementären Ansatz haben wirstickstoffverarmten Pflanzen Nitrat als Nährstoffwieder zugeführt und die Veränderungen von Metabolit-und Transkriptpegeln in einer Kinetik bestimmt.Innerhalb der ersten 30 Minuten wurdenkeine grundlegenden Veränderungen im primärenKohlenstoff- und Stickstoffwechsel festgestellt,abgesehen von einer Erhöhung des Nitratgehaltes.Innerhalb dieser Zeit änderten sich ca. 300Transkripte, u.a. von Genen für die Aufnahme undAssimilierung von Nitrat, und für Transkriptionsfaktoren,Proteinkinasen, -Phosphatasen undKomponenten von Signalkaskaden. Zwischen 30Minuten und 3 Stunden finden wir einen generellenAnstieg von Transkripten für Gene aus demStickstoff verbrauchenden Stoffwechsel (Synthesevon Aminosäuren, Nukleotiden und Chlorophyll).Dass Nitrat verbraucht wird, zeigen die Veränderungender Metabolitspiegel aus dem Stickstoffwechsel.Die Transkripte stiegen auch für Gene derRNA-Synthese und Prozessierung. Innerhalb derKlasse der Proteinsynthesegene wurden sogar70% aller Transkripte induziert. Die Expression fürGene aus dem Bereich wachstumsbezogener Prozesse(Zellwandsynthese, -Vergrößerung und Redox-Prozesse)erhöhte sich ebenfalls. Diese Ergebnisseliefern Einblicke in eine umfassende Reprogrammierungvon Stoffwechsel, aber auch vonZellwachstum und von Regulationsnetzwerken.Wir analysieren z.Z. ebenfalls ähnliche Behandlungenmit Zucker-, Phosphat- und Sulfatmangel,in der Absicht eine Datenbank zu etablieren, dieAntworten von Genen und spezifischen Mitgliedernaus Genfamilien auf Mangel und Wiederversorgungdieser Nährstoffe abbilden.ZukunftspläneUnsere Arbeit wird in vier Hauptrichtungenweiter fortgeführt. Zuerst werden die mehrschichtigenProfilanalysen um mehr Behandlungenerweitert und die Visualisierungs-Tools weiterverbessert. Es ist unsere Absicht auf molekularerEbene eine systemorientierte Übersicht zu erreichen,die uns zeigt, wie Pflanzen auf einen Satzinteragierender Nährstoffherausforderungen reagieren.Zweitens, ausgewählte Aspekte der Ergebnissewerden im Detail untersucht, d.h. Kanditatengene,die eine Schlüsselrolle für die Adaptierungdes Metabolismus an Veränderungen vonZuckern und Nährstoffen spielen, werden z. Z.ausgewählt und analysiert. Drittens, die Genomik-Plattform wird für die Untersuchung von Ökotypenund die Identifizierung natürlicher Diversitätin Kreuzungspopulationen eingesetzt. Viertens,die erweiterte Analytik-Plattform inklusive Visualisierungwird in spezifischen Projekten für andereKulturpflanzen angepasst und angewendet.Ansprechpartner:Mark StittMax Planck Institut fürMolekulare PflanzenphysiologieAm Mühlenberg 1 · D-14476 Golme-mail: stitt@mpimp-golm.mpg.deAbb. 4: Expressionsveränderungen von ca. 3.000 Stoffwechselgene nach Verlängerungder Nacht um 6 Stunden. Jedes Gen eines bestimmten funktionellen Bereichswird als kleines eingefärbtes Quadrat dargestellt: Blau = Expressionsanstieg, Rot =Abfall, Grau wie der Hintergrund = kein Signal oder keine Veränderung.Abb. 5: Globale Sicht auf Expressionsveränderungen von ca 18.000 Genen aus Biosyntheseund Wachstum nach 6 Std. Verlängerung der Nacht. Alle bezeichnetenGene eines funktionellen Bereichs sind als Population in einer Häufigkeitsverteilungdargestellt (Histogrammfarbe Blau = Expressionsanstieg, Rot = Abfall, Schwarz =kein Signal).