Ernst, Michaela (2007)
Einfluss von Aquaporinen auf die Blattwachstumsdynamik von Nicotiana tabacum (L.) und Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel der Doktorarbeit war es den Einfluss von PIP1 und PIP2 auf das Expansionswachstum der Blätter zu untersuchen; zwei Modellpflanzen wurden näher analysiert: zum einen RNAi-Pflanzen von N.tabacum, bei welchen die Expression der PIP1 oder der PIP2-Proteine unterdrückt war, zum anderen zwei T-DNA Insertionsmutanten von A.thaliana, wobei die Intronmutante eine zum WT unveränderte Expression des AtPIP1;2 zeigte und deswegen als Kontrolle benutzt wurde. Die zeitliche Entwicklung des Gesamtblattwachstums wurde dabei mit Hilfe eines automatischen Screeningsystems (Growscreen) ermittelt. Die Analyse der Gesamtblattflächenentwicklung hat sowohl bei den RNAi-Tabakpflanzen als auch den Arabidopsis TEPIP1;2 Pflanzen gezeigt, dass der Haupteffekt beim Wachstum eine um einen halben bis einen Tag verzögerte Keimung der genetisch veränderten Pflanzen gegenüber den Kontrollen war. Der Wachstumsvorsprung der Kontrollen hielt sich bis zum Ende der Gesamtblattflächenentwicklung. Die Wachstumsdynamik der Pflanzen, deren Wachstumsgeschwindigkeiten, unterschieden sich nur minimal voneinander; die Endblattflächen der Arabidopsis TDNA- Insertionsmutanten unterschieden sich nicht voneinander, die des Tabaks nur um 4%. Dies bedeutet das die genetisch veränderten Pflanzen unter optimalen Wachstumsbedingungen ein ähnliches Wachstum zeigen, d.h. unter diesen Bedingungen scheinen PIP1 und PIP2 keine großen Einfluss auf das Expansionswachstum der Blätter auszuüben. Ein Einfluss der PIP1 und PIP2 über eine bloße Erhöhung der Wasserleitfähigkeiten erscheint deswegen unwahrscheinlich. In dieser Arbeit gab es eher Hinweise dafür, dass PIP1 und PIP2 eine wesentliche Funktion bei der Turgordetektion und -regulation (siehe [Hill et al., 2004]) ausüben. Eine verminderte Expression der PIPs beim Tabak bewirken eine veränderte Keimungskinetik, dies zeigte ein Keimungsexperiment auf Filterpapier; vor allem die Kinetik der Testaruptur war verändert, ob dies auch für die Endospermruptur gilt konnte nicht ausgeschlossen werden. Bei den RNAi-PIP1-Samen erfolgte die Keimung auf Filterpapier langsamer, wie auch bei der Erdanzucht; bei den RNAi-PIP2-Samen erfolgte sie dagegen schneller, im Gegensatz zu den Erdanzuchten. Auch hier scheint die Turgorregulation gestört zu sein, fällt diese aus, verändert sich die Keimungskinetik. Die größten Effekte einer reduzierten Expression der PIP1 und PIP2 und eine der deutlichsten Hinweise auf eine Funktion der PIP1 und PIP2 als Turgorsensoren, zeigten sich bei Gaswechseluntersuchungen der Tabakpflanzen; die transgenen Pflanzen konnten ihre Stomata weniger effektiv regulieren, bzw. weniger effektiv Schließen. Dies bedingte unterschiedliche A/Ci-Kurven bei ähnlichen Assimilationskurven. Einzelmessungen von Tabakpflanzen mit der DISP-Methode stützten diese Hypothese ebenfalls; es ergaben sich stärkere Oszillationen der Stomatabewegungen der transgenen Pflanzen bei raschen Lichtwechseln. Unterschiede der transgenen Pflanzen zum Wildtypen traten erst unter dynamischen, sich rasch ändernden Umweltbedingungen deutlich zu Tage. Ziel der Doktorarbeit war es den Einfluss von PIP1 und PIP2 auf das Expansionswachstum der Blätter zu untersuchen; zwei Modellpflanzen wurden näher analysiert: zum einen RNAi-Pflanzen von N.tabacum, bei welchen die Expression der PIP1 oder der PIP2-Proteine unterdrückt war, zum anderen zwei T-DNA Insertionsmutanten von A.thaliana, wobei die Intronmutante eine zum WT unveränderte Expression des AtPIP1;2 zeigte und deswegen als Kontrolle benutzt wurde. Die zeitliche Entwicklung des Gesamtblattwachstums wurde dabei mit Hilfe eines automatischen Screeningsystems (Growscreen) ermittelt. Die Analyse der Gesamtblattflächenentwicklung hat sowohl bei den RNAi-Tabakpflanzen als auch den Arabidopsis TEPIP1;2 Pflanzen gezeigt, dass der Haupteffekt beim Wachstum eine um einen halben bis einen Tag verzögerte Keimung der genetisch veränderten Pflanzen gegenüber den Kontrollen war. Der Wachstumsvorsprung der Kontrollen hielt sich bis zum Ende der Gesamtblattflächenentwicklung. Die Wachstumsdynamik der Pflanzen, deren Wachstumsgeschwindigkeiten, unterschieden sich nur minimal voneinander; die Endblattflächen der Arabidopsis TDNA- Insertionsmutanten unterschieden sich nicht voneinander, die des Tabaks nur um 4%. Dies bedeutet das die genetisch veränderten Pflanzen unter optimalen Wachstumsbedingungen ein ähnliches Wachstum zeigen, d.h. unter diesen Bedingungen scheinen PIP1 und PIP2 keine großen Einfluss auf das Expansionswachstum der Blätter auszuüben. Ein Einfluss der PIP1 und PIP2 über eine bloße Erhöhung der Wasserleitfähigkeiten erscheint deswegen unwahrscheinlich. In dieser Arbeit gab es eher Hinweise dafür, dass PIP1 und PIP2 eine wesentliche Funktion bei der Turgordetektion und -regulation (siehe [Hill et al.,2004]) ausüben. Eine verminderte Expression der PIPs beim Tabak bewirken eine veränderte Keimungskinetik, dies zeigte ein Keimungsexperiment auf Filterpapier; vor allem die Kinetik der Testaruptur war verändert, ob dies auch für die Endospermruptur gilt konnte nicht ausgeschlossen werden. Bei den RNAi-PIP1-Samen erfolgte die Keimung auf Filterpapier langsamer, wie auch bei der Erdanzucht; bei den RNAi-PIP2-Samen erfolgte sie dagegen schneller, im Gegensatz zu den Erdanzuchten. Auch hier scheint die Turgorregulation gestört zu sein, fällt diese aus, verändert sich die Keimungskinetik. Die größten Effekte einer reduzierten Expression der PIP1 und PIP2 und eine der deutlichsten Hinweise auf eine Funktion der PIP1 und PIP2 als Turgorsensoren, zeigten sich bei Gaswechseluntersuchungen der Tabakpflanzen; die transgenen Pflanzen konnten ihre Stomata weniger effektiv regulieren, bzw. weniger effektiv Schließen. Dies bedingte unterschiedliche A/Ci-Kurven bei ähnlichen Assimilationskurven. Einzelmessungen von Tabakpflanzen mit der DISP-Methode stützten diese Hypothese ebenfalls; es ergaben sich stärkere Oszillationen der Stomatabewegungen der transgenen Pflanzen bei raschen Lichtwechseln. Unterschiede der transgenen Pflanzen zum Wildtypen traten erst unter dynamischen, sich rasch ändernden Umweltbedingungen deutlich zu Tage.

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