Die PEP Carboxylase in Pappeln : Identifizierung der PEPC Genfamilie und Überexpression in Populus x canescens Zusammenfassung: Schnell wachsende Baumarten sollen in Zukunft vermehrt auf Kurzumtriebsplantagen zur Erzeugung von Energieholz angebaut werden. Insbesondere Pappeln sind jedoch dafür bekannt im großen Umfang volatile organische Substanzen (VOCs) wie beispielsweise Isopren zu emittieren das einen negativen Einfluss auf die troposhärische Atmosphärenchemie haben kann. Die Phosphoenolpyruvat Carboxylase (PEPC) sitzt als anaplerotisches Enzym an einer entscheidenden Schnittstelle zwischen dem C und N Metabolismus von Pflanzen. Als eine ihrer Funktionen wird ein Einfluss der PEPC auf die Regulation der Isoprenemission diskutiert. Sowohl die PEPC als auch die Isoprenbiosynthese greifen in ihren Reaktionen auf Phosphoenolpyruvat (PEP) als Substrat zurück so dass eine Konkurrenzsituation zwischen beiden Prozessen um die cytosolischen PEP Reserven postuliert wurde. Eine stärkere Expression der PEPC sollte demnach zu einer verminderten Isoprenemission und dafür zu einer verstärkten Investition in die Aminosäuresynthese und den Baustoffwechsel führen. Die PEPC wird in Pflanzen durch eine Genfamilie codiert die in Pappeln und anderen Baumarten bisher jedoch noch kaum untersucht ist. In der vorliegenden Arbeit wurde diesen Fragestellungen in zwei verschiedenen Ansätzen nachgegangen. Zum einen wurde erstmalig die PEPC Genfamilie in Pappeln identifiziert und ihre Expression gewebespezifisch und saisonal charakterisiert. Zum anderen wurden genetisch veränderte Graupappeln (Populus x canescens) hergestellt die ein C3 PEPC Gen aus Flaveria trinervia überexprimierten. Drei transgene Linien (13 23 und 25) wurden augewählt und im Hinblick auf ihre PEPC Aktivität zentrale Biomasse und Gaswechselparameter Wasserhaushalt Metabolite und ihre Isoprenemission untersucht. Außerdem wurde erforscht wie sich Wassermangel auf die transgenen Linien im Vergleich zum Wildtyp auswirkt. Fünf PEPC Gene wurden in Populus trichocarpa identifiziert: Pt PEPC.1 Pt PEPC.2 und Pt PEPC.3 waren typische Pflanzen Typ PEPCs während es sich bei Pt PEPC.4 und Pt PEPC.5 um Bakterien Typ PEPCs handelte. Die Gene Pt PEPC.1 und 2 wiesen ebenso wie Pt PEPC.4 und 5 mit jeweils über 93 % hohe Identitätsraten zueinander auf während Pt PEPC.3 eine seperate Position einnahm. In den gefundenen PEPC Sequenzen waren alle essentiellen Aminosäurereste hoch konserviert. Der C terminalen Bereich der fünf PEPC Gene in Populus x canescens wurde kloniert und sequen ... Zusammenfassung: Short rotation coppices with fast growing tree species are expected to be planted more widely in the future to meet the growing demand for wood as renewable energy source. However especially poplar trees are known to emit large amounts of volatile organic compounds (VOCs) like isoprene which can effect the atmosphere chemistry of the troposphere in a negative way. Phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) is an anaplerotic enzyme positioned at a metabolic crossing point between C and N metabolism of plant cells. It has been discussed that PEPC might also be involved in the regulation of the isoprene emission of plants. Both the PEPC reaction and isoprene biosynthesis are dependend on the supply of phosphoenolpyruvate (PEP) as a substrate which led to the postulation of a competition for cytosolic PEP reserves between both processes. Thus a stronger expression of PEPC should result in a reduction of isoprene emission and in an increase of amino acid synthesis and other parts of anabolic metabolism. PEPC is encoded by a gene family in plants but so far little is known about PEPC genes in poplar or other tree species. The aim of this study was to fill this gap by using two different approaches. One approach was to identify the PEPC gene family in poplar and to characterise the constituent genes by tissue specific and seasonal gene expression analyses. The other approach was supposed to create transgenic Grey Poplar plants (Populus x canescens) overexpressing a C3 PEPC gene from Flaveria trinervia. Three transgenic lines (13 23 25) were selected and investigated in terms of PEPC activity biomass and gas exchange parameters water balance metabolites and isoprene emission. Furthermore these lines were tested under drought stress conditions. Five PEPC genes were identified in Populus trichocarpa: Pt PEPC.1 Pt PEPC.2 and Pt PEPC.3 represented typical plant type PEPCs while Pt PEPC.4 and Pt PEPC.5 belonged to the so called bacterial type PEPCs. The gene pairs Pt PEPC.1 and 2 as well as Pt PEPC.4 and 5 exhibited very high identity rates of over 93 % to each other while Pt PEPC.3 grouped independently of both pairs. All essential amino acid residues were highly conserved. The C terminal region of each gene was cloned and sequenced for Populus x canescens. Based on these sequence information qPCR primers for gene expression analyses in Populus x cancescens were designed. The genes Pc PEPC.2 and especially Pc PEPC.1 were expressed most ...