Salzstress Signaltransduktion

Forschungsprojekt P 14114Salz Stress Signal TrasduktionHeribert HIRT24.01.2000 In vielen Gegenden der Erde ist der Salzgehalt der Böden zu einem limitierenden Faktor in der landwirtschaftlichen Produktion geworden. Da die Anpassung von Pflanzen an salzhältige Bedingungen auf der Expression spezifischer Genprodukte beruht, hatten sich die ersten Untersuchungen auf die Isolierung von Salzstressinduzierten Genen konzentriert. Im Gegensatz zu der rapide wachsenden Liste dieser Gene, wissen wir aber sehr wenig darüber, wie Pflanzen Salzstress wahrnehmen und diese Information verarbeiten. In Hefe und Säugetierzellen wird Salzstress durch MAPK (Mitogen-Aktivierte Protein Kinase Kaskaden) übertragen. Wir haben vor kurzem einen MAPK Signalweg entdeckt, der in Arabidopsispflanzen durch Salzstress aktiviert wird. Innerhalb dieses Projekts schlagen wir vor, die biologische Funktion dieses Signalwegs hinsichtlich Salzstressanpassung auf molekularer Ebene zu untersuchen. Oberhalb und unterhalb liegende Komponenten des Signalwegs sollen identifiziert, und sowohl biochemisch als auch genetisch charakterisiert werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Salzstress Signaltransduktion" wurden die Arbeiten zur Charakterisierung von SIMKK, eines Aktivators der Salzstress-aktivierten SIMK, einer Kinase, die zur Familie der Mitogen-Aktivierten Protein Kinasen (MAPK) gehört weitergeführt. SIMK interagiert aber nicht nur mit SIMKK, sondern auch mit einer weiteren MAPK Kinase, PRKK (Pathogen-Responsive MAPKK). Unsere Studien führten zu dem Ergebnis, dass sowohl SIMKK als auch PRKK SIMK aktivieren können, allerdings wird Salzstress exklusiv über SIMKK vermittelt, wobei Elicitoren (Pathogenfaktoren) durch beide MAPKKs vermittelt werden. Diese Daten ergeben ein befriedigendes molekulares Modell, wie verschiedene Stresssignale denselben MAPK Signalweg aktivieren können. In Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Seibersdorf wurde auf der Grundlage der obigen Arbeiten ein Patent angemeldet und weitere Untersuchungen über die Funktion und Wirkungsweise von SIMKK hinsichtlich Salzstress durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden Arabidopsispflanzen mit einem Expressionsvektor transformiert, der SIMKK überexprimiert. 19 verschiedene transgene Linien wurden hinsichtlich Salzstress untersucht. Im Vergleich zu Wildtyppflanzen wurde aber bei keiner einzigen Linie eine erhöhte Toleranz beobachtet. Interessanterweise konnte aber in einigen Linien ein sogenannter Triple Response Phenotyp beobachtet werden, der normalerweise durch Ethylen induziert wird. Der Triple Response Phenotyp konnte mit der konstitutiven Aktivierung der SIMK in kausalen Zusammenhang gebracht werden. Eine Epistasieanalyse mit verschiedenen Mutanten des Ethylensignalwegs erbrachten den Beweis, dass SIMKK und SIMK Teil des Äthylensignalwegs sind. Diese Daten vervollständigen den lange gehegten Verdacht, aber nie erbrachten Beweis, dass eine MAPK Kaskade an der Ethylen-Signalübertragung beteiIigt ist. Diese Resultate wurden vor kurzem zur Veröffentlichung in dem hoch angesehenen EMBO Journal akzeptiert und bilden die Grundlage für ein vor kurzem bewilligtes Forschungsprojekt über die Aufklärung des Ethylen Signaltransduktionswegs.