Charakterisierung einer neuen Salzstress-Signaltransduktionskomponente

Kontamination von Böden mit Salz beeinträchtigt das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen und den landwirtschaftlichen Ertrag. Pflanzen reagieren auf Hochsalzbedingungen mit vielfältigen, komplexen Mechanismen. Diese unterschiedlichen, Stress-induzierten Antworten werden von einem Netzwerk an Signaltransduktionswegen koordiniert, die letztendlich über die Anpassungsfähigkeit der Pflanze entscheiden. Obwohl eine genaue Kenntnis über die molekularen Mechanismen der Salzstresssignaltransduktion von großer Bedeutung ist, ist unser Wissen darüber limitiert. In unserer jüngsten Arbeit haben wir die Arabidopsis Proteinkinase ASKalfa als neuen Regulator der Salztoleranz identifiziert. Unter Hochsalzbedingungen wird ASKalfa auf posttranslationeller Ebene aktiviert. Pflanzen, denen funktionelles ASKalfa fehlt, sind hypersensitive, Pflanzen mit erhöhter ASKalfa Aktivität sind toleranter gegenüber Salzstress. Darüber hinaus haben wir ein Enzym, das die Redoxbalance reguliert, als in vivo Substrat von ASKalfa identifiziert. Aufbauend auf diese Arbeiten, die zeigen, dass ASKalfa eine Schlüsselrolle in der Salztoleranz spielt, streben wir an (I) zu analysieren, wie die Aktivität von ASKalfa auf der molekularen Ebene reguliert wird, (II) upstream Regulatoren von ASKalfa zu identifizieren und (III) weitere Substrate von ASKalfa zu isolieren und zu charakterisieren. Wir werden molekulare, genetische und biochemische Methoden mit physiologischen Analysen in der Modelpflanze Arabidopsis thaliana kombinieren und erwarten, dass uns dieser umfassende Ansatz neue Erkenntisse in grundlegende Mechanismen der Salzstresssignaltransduktion und Saltztoleranz ermöglichen wird.

Ungünstige Umweltbedingungen und Pathogeninfektionen beinträchtigen das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen und reduzieren dadurch den landwirtschaftlichen Ertrag. Pflanzen haben komplexe zelluläre und physiologische Mechanismen entwickelt, die Schäden begrenzen und Wachstum auch unter Stressbedingungen ermöglichen. Diese Stressantworten werden durch verschiedene Stress-spezifische, aber auch durch gemeinsame und durch interagierende Signalwege, die einander hemmen können, gesteuert. Dies erklärt auch die häufig beobachteten negativen Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Stressreaktionen.Interessanterweise ist die, von uns identifizierte Proteinkinase ASK? ein positiver Regulator der abiotische als auch der biotische Stresstoleranz in der Modellpflanze Arabidopsis. Pflanzen, die zu wenig ASK? haben, reagieren überempfindlich auf Bodenversalzung und sind anfälliger für Infektionen, während Pflanzen mit einer erhöhten ASK? Aktivität resistenter gegenüber Salzstress und Pathogeninfektionen sind. Salzstress und Pathogeninfektionen erhöhen die Aktivität von ASK?, was wiederum die Aktivität eines metabolischen Schlüsselenzyms, der Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD), erhöht. Bemerkenswerterweise, haben ASK?/G6PD eine Doppelrolle unter abiotischen und biotischen Stressbedingungen. Unter Salzstress führt die Aktivierung von G6PD zur Eliminierung von überschüssigen und daher schädlichen reaktiven Sauerstoffspezies. Nach Pathogeninfektion, führt die Aktivierung von G6PD jedoch dazu, dass vermehrt reaktive Sauerstoffspezies, die für eine erfolgreiche Immunantwort wichtig sind, gebildet werden. Zusammenfassend wurde in diesem Projekt gezeigt, dass das regulatorische Modul aus der Proteinkinase ASK? und dem metabolischen Enzyms G6PD die Signaltransduktion mit der Anpassung des Stoffwechsels an Umweltstress und Pathogeninfektionen verbindet und dadurch den Pflanzen ermöglicht sich an unterschiedliche Belastungen anzupassen.