title: Physiologische Charakterisierung und molekulare Analyse von Zink hypersensitiven Arabidopsis thaliana Mutanten
Creators: name: Nagler, Nicole
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2021
Subjects: subject: Schwermetalle
subject: Zink
subject: ozs
subject: Arabidopsis thaliana
subject: 570
subject: 580

description: Zink ist sowohl für den Menschen als auch für Pflanzen ein essenzielles Schwermetall. Dabei kommt es aber vor allem auf die richtige Konzentration an. Zu hohe, aber auch zu geringe Mengen an Zink können sich negativ auswirken. Da Pflanzen sessile Organismen sind, müssen sie sich an fluktuierende Zink-Konzentrationen in ihrer Umgebung anpassen können. Um zu verstehen, wie dies funktioniert, ist es wichtig die Zink-Homöostase aufzuklären. Dabei soll nicht nur herausgefunden werden, wie die Zink-Konzentration innerhalb der Pflanze optimal gehalten werden kann, sondern auch welche zellulären Funktionen Zink ausübt. Bisher sind einige Aspekte der Zink-Homöostase bekannt, dennoch gibt es noch immer viele offene Fragen. Deshalb wurde hier mittels Zink-hypersensitiver ozs (overly zinc sensitive)-Mutanten an der Aufdeckung weiterer Mechanismen und Bestandteile der Zink-Homöostase gearbeitet. Eine dieser ozs-Mutanten weist eine Mutation in ACD5 (Accelerated cell death5) auf. Mit Hilfe dieser Mutante konnte eine Verbindung zwischen dem Sphingolipid-Stoffwechsel und der Zink-Toleranz aufgezeigt werden. Durch die Mutation kommt es in acd5-1 (bereits beschriebene Mutante; Greenberg et al. 2000) zur Akkumulation von Ceramiden, was unter Zink-Stress wahrscheinlich zu einer Reduktion der Fitness führt. Mittels RNA-Seq-Analyse konnte zum einen gezeigt werden, dass Zink-Stress einen Eisen-Mangel auslöst, wodurch höchstwahrscheinlich die Expression von Hypoxie-responsiven Genen induziert wird. Zum anderen konnte in acd5-2 (ozs11) unter Zink-Stress eine stark erhöhte ZAT7-Expression beobachtet werden. Eventuell wird die ZAT7-Expression durch verringerte Cer1P (Ceramid-1-Phosphat)-Konzentrationen zusammen mit erhöhten SA (Salicylsäure)-Gehalten unter Zink-Stress induziert. Eine weitere Zink-hypersensitive Mutante ist ozs3. Hier liegt die Mutation in einem Protein mit WD40-Domäne. Die Interaktion von OZS3 mit DDB1a wurde mittels Co-Immunopräzipitation nachgewiesen. Dadurch wurde die Hypothese gestützt, dass OZS3 als Substratrezeptor in einem CUL4-E3-Ligase-Komplex dient. Durch CRISPR/Cas9 konnte zudem gezeigt werden, dass OZS3 ein essenzielles Gen ist. Die genaue Funktion von OZS3 und die Verbindung zur Zink-Homöstase konnte bisher noch nicht geklärt werden. Eine Hypothese ist, dass es an der DNA-Reparatur beteiligt ist. Sollte ein Zink-Überschuss zu DNA-Schäden führen, könnten diese durch OZS3 repariert werden. Die dritte untersuchte Mutante war ozs1. Hier wurde mittels Suppressorscreen versucht, neue Erkenntnisse der Zink-Homöostase zu erlangen. Es konnte eine Mutante Suppressor of ozs1 1 (suo1) gefunden werden, welche ein signifikant besseres Wurzelwachstum als ozs1 unter Zink-Stress zeigte. Der Zink-Gehalt und die Verteilung war im Vergleich zu ozs1 in dieser Mutante sowohl in Keimlingen als auch in adulten Pflanzen unverändert. Mittels QTL (Quantitative Trait Locus)-Seq-Methode konnten mehrere mögliche Mutationen gefunden werden, welche für die gesteigerte Zink-Toleranzverantwortlich sein könnten. Die wahrscheinlichste Ursache ist die Mutation in ACA11 (Autoinhibited Ca2+-ATPase 11). ACA11 ist ein Ca2+-Transporter und transportiert Ca2+ vom Cytosol in die Vakuole. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass es in suo1 zu einer verstärkten und verlängerten Erhöhung der cytosolischen Ca2+-Konzentration kommt, wodurch die Zink-Toleranz erhöht wird.