(Baumphysiologie, molekulare Zellbiologie, Biophysik)

Innerhalb der „Pappelforschergruppe Deutschland" wollen wir Kontrollmechanismen der Saisonalität unter Berücksichtigung von Ernährung, Hormanstatus und Stress untersuchen.

Die Produktion von Biomasse und damit Holz bei Bäumen ist abhängig von der Kaliumverfügbarkeit und –Aufnahme. Um diese Vorgänge besser zu verstehen haben wir Kaliumtransporter identifiziert, mit immunologischen Methoden lokalisiert und mit der Kaliumverteilung assoziiert. Dadurch waren wir in der Lage, ein Modell zur Kalium-abhängigen Holzbildung aufzustellen. Dies gilt es nun zu überprüfen und in Bezug auf Dormanz und Reaktivierung, sowie Regenerationsprozesse zu erweitern. Hierbei soll die Holz-spezifische Saisonalität unter Einbeziehung von Stressbedingungen im Vordergrund unserer Aktivitäten stehen. Besondere Aufmerksamkeit wollen wir folgenden Punkten widmen:

a. Holzstrahlen und Phloem repräsentieren die vertikalen und horizontalen Transportwege der Bäume zu den Zellen des Kambiums und dem sich entwickelnden Holz. In diesem Zusammenhang wollen wir den Kalium- und Zuckertransport in beiden Kompartimenten untersuchen und die Aktivitäten der beteiligten Polyoltransporter ermitteln.

b. Die Veredelung durch Pfropfung hat einen starken Einfluss auf die Holzqualität. Hierbei ist die Regeneration und Neuorganisation von Transportwegen unter Berücksichtigung von De- und Rediffenrenzierung von besonderer Bedeutung.

c. Der Transport von Nähr-, Speicher- und Signalstoffen in sich entwickelnde Knospen soll unter Einbeziehung der saisonalen Übergänge in die Ruhephase und den Austrieb analysiert werden. An diesem System wollen wir ein Molybdoenzym untersuchen, dass bei Überexpression die Seneszenz einleitet. In diesem Zusammenhang zwingt sich, wie auch in Verbindung mit Stressphänomenen eine eingehende ABA-Analyse auf.

Für Expressionsanalysen und Herstellung subtraktiver cDNA Bibliotheken spezieller Gewebe und Zelltypen benutzen wir die Laser-Mikrodissction-Technik, die wir zusätzlich weiterentwickeln wollen, um damit in Zukunft auch Proteine und Metabolite untersuchen zu können.

Mit diesen Ansätzen wollen wir einen umfassenden Einblick in die komplexe Regulation saisonaler Änderungen der Pappelphysiologie erhalten.

Teilprojekt B8 des SFB567

Neben lokalen Abwehr-Reaktionen gegenüber Pathogenen sind Pflanzen in der Lage, systemisch auf einen Angriff zu antworten. Hierbei kommt dem bidirektionellen Fernleitsystem Phloem (Abb. A) eine entscheidende Rolle zu. In diesem Teilprojekt untersuchen wir die Schnittstelle zwischen der lokalen Reizantwort und dem Informations-Ferntransport im Phloem an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Als Interaktionspartner für Arabidopsis thaliana werden jeweils avirulente und virulente Pseudomonas syringae pv tomato Stämme verwendet. Mit Hilfe molekularer und biochemischer Untersuchungen wollen wir die Induktion, zeitliche Abfolge und Hierarchie Phloem-mobiler Signale im Verlauf einer Pseudomonas-Infektion auflösen.

Als Signale über lange Strecken dienen entweder mobile RNAs und Proteine oder Sekundärstoffe; erstere werde auf der Ebene der Genexpression, letztere mit physikalisch-chemischen Nachweisverfahren untersucht. Die Phloem-RNA-Synthese erfolgt ausschließlich in den Kern-haltigen Geleitzellen. Nach Isolierung GFP-markierter Geleitzellen haben wir diesbzüglich EST-Datenbanken hergestellt. Das vorliegende Spektrum Geleitzell-spezifischer mRNAs weist auf lokale und Phloem-mobile Signale hin. Darunter befinden sich neben Phytohormon-, Sekundärstoff- und Lipid-Synthasen Rezeptoren und Transporter. Durch Laser-Mikrosektion (Abb. A, unten) vergleichen wir das mRNA-Muster von Phloem-Arealen befallener und nicht-befallener Pflanzen. An Hand von Phloemexudaten untersuchen wir Phloem-mobile Inhaltsstoffe und RNAs. Durch diesen Ansatz können wir Unterschiede der Zusammensetzung von Phloemsaft (Langstreckensignale) und Phloemzellen (lokale Signale) erkennen. Durch den Einsatz von „real time PCR“ und „ microarrays“ sind wir in der Lage, sowohl gezielte, als auch Genom-weite Analysen durchführen.

Neben signalspezifischen RNAs wird das Profil charakteristischer chemischer Verbindungen und seine Änderung nach Infektion in Phloemexsudaten bestimmt. Hierfür haben wir gekoppelte Analysenmethoden HPLC-MS, -NMR, und -CD und CE-oTOF-Kopplung etabliert. Letztere verbindet die Vorteile einer Kapillarelektrophorese (geringe Probenvolumina nötig, kaum Verdünnungseffekte) mit Time-of-Flight-Massendetektoren (hohe Sensitivität, exakte Masse und Isotopenmuster online messbar). Glucosinolate sind in der Familie der Brassicaceen weit verbreitete Pflanzeninhaltsstoffe, die zur Abwehr z.B. von Fressfeinden verwendet werden. Diese Substanzklasse, deren Grundstruktur in Abb. B zu sehen ist, konnte bereits im Phloem nachgewiesene werden; R steht hier für eine sehr variable Seitenkette, deren Struktur z.B. aliphatisch oder aromatisch sein kann.