Inactivation of Jasmonate signaling - A route to salt stress adaptation in rice
Creators: name: Kodackattumannil Peethambaran, Preshobha
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2018

description: Reis (Oryza sativa L.) ist für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung das Grundnahrungsmittel. Dabei ist die Bodenversalzung einer der wichtigsten abiotischen Stressfaktoren, der die Produktivität und die Verfügbarkeit von Agrarflächen ernsthaft beeinträchtigt und somit einen großen sozioökonomischen Einfluss darstellt. Die Jasmonat-Pflanzenhormone, unter welchen man Jasmonsäure und seine Derivate zusammenfasst, wirken als Signalmoleküle, die eine entscheidende Funktion in biotischer und abiotischer Stresstoleranz und für die pflanzliche Entwicklung haben. In dieser Arbeit versuchten wir mit einer innovativen Strategie zu zeigen, dass Unterdrückung von Jasmonsäuresignalleitung zu einer Änderung von Jasmonatsensitivität und Antwort auf Salzstress führen kann, ohne negative Effekte von Jasmonatunempfindlichkeit wie verminderte Fertilität oder erhöhte Empfindlichkeit für Pathogene in Kauf nehmen zu müssen.
Um diese Strategie zu überprüfen, haben wir transgene Reispflanzen sowie transgene BY-2 (Nicotiana tabacum L. cv. Bright Yellow-2) Suspensionzellen hergestellt, die das vollständige bzw. das am C-Terminus verkürzte (ohne die Jas-Domäne) OsJAZ8 Protein unter Kontrolle der salzinduzierbaren ZOS3-11 oder ZOS3-12-Promotoren exprimieren. Für die transgenen Tabakzellen konnten wir die Aktivität der Promotoren untersuchen und zeigen, dass die Induktion des OsJAZ8-Gens zu Jasmonat-insensitiven Phänotypen führte. Die Zellen zeigten eine verminderte Zellmortalität, verstärktes Längenwachstum und eine Abnahme der Zellzyklusdauer und dadurch eine bessere Leistung insbesondere unter MeJA Behandlung, aber auch unter Salzstress. Interessanterweise hat die Unterdrückung von Jasmonsäuresignalleitung auch zu einem Anstieg der Responsivität gegenüber Auxin in transgenen BY-2 Zelllinien im Vergleich zum Wildtyp geführt, was zeigt, dass Jasmonat die Auxin Responsivität modulieren kann.
Transgene Reiskeimlinge zeigten eine bessere Toleranz gegen Salzstress, welches mit einem erhöhten Gehalt von OsJAZ8 Transkripten in ZOS3-11::JAZ8-Linien und OsJAZ8ΔC Transkripten in ZOS3-11::JAZ8ΔC-Linien im Vergleich zum Wildtypen korrelierte. Die transgenen Reislinien zeigten keinerlei phänotypischen Unterschiede unter Kontrollbedingungen. Der Gehalt an Transkripten von OsJAZ8 und OsJAZ8ΔC war jedoch erhöht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Proteine ZOS3-11 und ZOS3-12 näher charakterisiert. Es handelte sich um C2H2 Zinkfinger-Transkriptionsfaktoren mit Homologie zu STZ von Arabidopsis und die Expression ihrer Transkripte war durch Salz in Abhängigkeit von Jasmonat induzierbar. Transiente Expressionsanalysen mit GFP-Fusionsproteinen zeigten, dass die Transkriptionsfaktoren vorzugsweise im Zellkern lokalisiert sind, obschon ihnen eine Kernlokalisationssequenz fehlt. Beide Proteine binden eine A(C/G)T-Sequenz und besitzen eine Repressorfunktion. 
Eine frühere Studie, in der für die Jasmonat-Biosynthesemutanten (cpm2 und hebiba) eine verbesserte Salztoleranz im Vergleich zum Wildtyp beschrieben wurde, wurde erweitert durch eine ausführliche Zeitverlaufsstudie, in der die Aufnahme von Natrium- und Kaliumionen im Vergleich zu einem salzempfindlichen (RC222) und einem salztoleranten (FL478) Reiskultivar gemessen wurde. cpm2 und hebiba verhielten sich wie das salztolerante Kultivar und opferten ältere Blätter durch erhöhte Aufnahme von Na+ in diese, wodurch weniger Na+ in die jungen Blätter aufgenommen wurde. Andererseits verhielt sich der Wildtyp wie das salzempfindliche Kultivar, welches eine erhöhte Aufnahme von Na+ in allen Blättern zeigte. Der Wildtyp zeigte auch eine erhöhte Konzentration von JA und JA-Ile im Blatt, womit ein direkter Zusammenhang zwischen Na+-Aufnahme und Jasmonat gezeigt wurden konnte.
Alle diese Ergebnisse über Jasmonat-regulatorische Systeme, welche Erkenntnisse über Stresswahrnehmung und Phytohormonwechselwirkung beinhalten, haben Licht in das Wissen über die Schnittstelle zwischen Signalleitung und Stressadaption gebracht.