Physiologische und molekulargenetische Charakterisierung PLRV-MP17:GFP-experimentierender Arabidopsis thaliana-Pflanzen
Creators: name: Kronberg, Kristin
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2008
Subjects: Elektronische Publikation
Hochschulschrift
Online-Publikation

description: Von Pflanzenviren kodierte "Movement Proteine" (MPs) interagieren mit Komponenten des pflanzlichen Transportsystems, wobei Plasmodesmen (PDs) als zytoplasmatische Zell-zu-Zell-Verbindungen eine zentrale Rolle im symplastischen Transport übernehmen.Die konstitutive Expression des Kartoffelblattrollvirus (PLRV) 17-kDa MP (MP17) fusioniert mit dem Fluoreszenzprotein GFP in Arabidopsis thaliana war begleitet von der Lokalisierung von MP17 an verzweigten PDs verschiedener Zelltypen. Sie resultierte in der dramatischen Veränderung von Kohlenhydratstatus, Biomasseakkumulation und Samenertrag, unabhängig vom Ökotyp aber streng gebunden an die MP17:GFP-Proteinmenge. Niedrige MP17:GFP-Expressionslevel führten zu einer erhöhten vegetativen Blattbiomasseproduktion in Begleitung von geringeren Kohlenhydratgehalten bei gleichzeitig angestiegenen Saccharosetransportraten. Gegenteilige Effekte in Form von starker Wachstumsretardierung, massiver Kohlenhydratakkumulation in source-Blättern und verzögerte Virusausbreitung traten bei hohen MP17:GFP-Proteingehalten auf. In der reproduktiven Wachstumsphase war die Inhibition des Assimilatexportes in stark MP17:GFP-exprimierenden Arabidopsis-Pflanzen aufgehoben und führte zu verbessertem Samenertrag und Ernteindex. Die Reversion des symplastischen Transportblocks in späteren Entwicklungsstadien lässt auf Änderungen der PD-Struktur und –Funktion während fortschreitender Blattseneszenz schließen.Die beobachteten Effekte wurden auch bei Expression von MP17 ohne GFP-Fusionspartner erreicht. Allerdings waren hierbei wesentlich höhere Proteinlevel zur Ausprägung vergleichbarer, phänotypischer Änderungen notwendig als in Fusionsprotein-exprimierenden Pflanzen. Diese phänotypischen Veränderungen sind vermutlich nicht auf Kallose zurückzuführen, da keine signifikant erhöhten Kallosegehalte nachzuweisen waren. Daher deutet sich an, dass die Effekte eher durch MP17 induziert werden.Mittels Zell-spezifischer MP17:GFP-Expression wurde die Proteindosis-abhängige Ausprägung des MP17-vermittelten Phänotyps auf die plasmodesmalen Verbindungen in chloroplastenhaltigen Zellen eingegrenzt.Zur genetischen Identifizierung der zugrunde liegenden Mechanismen und der/des pflanzlichen Bindungspartners wurden zwei Suppressormutanten erhalten, welche aufgrund ihrer rezessiven, nicht-allelischen Mutation in das Marker-gestützte Kartierungsverfahren eingesetzt werden können. Parallel wurde durch Einkreuzen von MP17:GFP aus der Columbia-Parentallinie in den Landsberg erecta-Hintergrund über mehrere Zyklen der Kreuzungspartner für die Kartierungspopulation generiert. Der Kreuzungspartner enthält somit die MP17-Insertion am gleichen Genort wie die Parentallinie und zeigt vergleichbare phänotypische Eigenschaften.
description: Movement proteins (MPs) encoded by plant viruses interact with components of the plant transport system in which plasmodesmata (PDs) as cytoplasmic cell-to-cell-connections resume a central role in the symplastic transport.Constitutive expression of the Potato leafroll virus (PLRV) 17-kDa MP (MP17) fused to green fluorescence protein GFP in Arabidopsis thaliana was accompanied by the localisation of MP17 at PDs of several cell types. It resulted in a dramatic change of carbohydrate status, biomass allocation and seed yield. These effects were independent from ecotype but strictly bound to MP17:GFP protein amount. Low MP17:GFP expression level led to an increased vegetative biomass production paralleled by smaller carbohydrate contents and coexisting increased sucrose transport rates. Converse effects in terms of a strong growth retardation, massive carbohydrate accumulation in source leaves and delayed virus spreading occurred after high MP17:GFP protein contents. However, during the reproductive stage, the inhibition of the assimilate export block in high MP17:GFP expressing Arabidopsis plants was abolished and led to an enhanced seed yield and harvest index. The reversion of the symplastic transport block in later developmental stages suggests alterations of PD structure and function during progressive leave senescence.The observed effects were also achieved after expression of MP17 without GFP fusion. Though, considerable higher protein levels were necessary for the development of comparable, phenotypic changes compared to fusion protein expressing plants. These phenotypic alterations are probably not ascribed to callose as no significant increased callose contents were detectable. Hence, the effects seem to be rather induced by MP17.By means of cell specific MP17:GFP expression the protein dose-dependent development of the MP17 mediated phenotype was narrowed down to plasmodesmatal connections in chloroplast containing cells.For the genetic identification of the underlying mechanisms and plant interacting factor(s), two suppressor mutants were obtained. Because of their recessive, non-allelic mutation they can be applied for the map-based cloning. In parallel, a crossing partner was generated by crossing of MP17:GFP from the Columbia parental line in the Landsberg erecta background. Consequently, the crossing partner contains the MP17 insertion at the same place in the genome as the parental line and shows comparable phenotypic characteristics.