Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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Teilprojekt B7

Die Regulation der pflanzlichen Terpenbiosynthese durch Herbivoren und Pathogene

Pflanzen haben eine große Zahl von Verteidigungsmechanismen gegen die schädigenden Organismen ihrer Umwelt entwickelt, die auf der Produktion von sekundären Pflanzenstoffen beruhen. Die komplexe Signalverarbeitung innerhalb der Pflanze stellt dabei sicher, dass eine gegen den jeweiligen Feind effektive Verteidigungsreaktion zeitnah in der Pflanze ausgebildet wird.
Mais bildet zur Verteidigung gegen Herbivoren und mikrobielle Pathogene eine große Anzahl von Terpenen, die spezifisch als Antwort gegen die jeweils angreifenden Organismen gebildet werden. Viele der Terpene bieten als Toxine und Fraßhemmstoffe eine direkte Verteidigung gegenüber den Angreifern, während andere Terpene aufgrund ihrer Flüchtigkeit von der Pflanze abgegeben werden und Feinde der Herbivoren anlocken können. Die Terpenproduktion von Mais wird fast ausschließlich durch die Schlüsselenzyme der Terpenbiosynthese, den Terpensynthasen, kontrolliert. Die Regulation der Terpensynthasen bietet daher ein exzellentes System zur Untersuchung der pflanzlichen Signalverarbeitung.
Im ersten Teil des Projektes sollen Komponenten des Herbivor-induzierten Signaltransduktionswegs identifiziert werden, darunter vor allem Transkriptionsfaktoren, MAP-Kinasen und andere Proteinkomponenten. Diese Komponenten sollen durch eine Promotoranalyse der Terpensynthasegene und der interagierenden Proteinfaktoren bestimmt werden. Weitere wichtige Komponenten der Signaltransduktion werden durch eine Assoziationskartierung und Microarray-Hybridisierung identifiziert. Die Interaktionen zwischen den Komponenten werden biochemisch und in Transposon-Insertionsmutanten funktionell charakterisiert. Im zweiten Teil des Projektes soll die Interaktion verschiedener Signalkaskaden untersucht werden, die durch verschiedene Herbivoren und pathogene Pilze ausgelöst werden und zur Produktion von unterschiedlichen Terpenen führen. Dabei soll die Funktion der Komponenten der Signaltransduktion beim simultanen Befall mit verschiedenen Schädlingen auf Blätter und Wurzeln charakterisiert werden. Insgesamt soll dieses Projekt zu einem besseren Verständnis der intrazellulären Informationsverarbeitung bei der Verteidigung der Pflanze beitragen.

SFB 648 TP B7 Abb. 1

SFB 648 TP B7 Abb. 1

The regulation of plant terpene biosynthesis by herbivores and pathogens

Plants employ many defense mechanisms based on secondary metabolites which are often targeted against particular enemies in the plant's environment. To form an efficient defense immediately after attack by a specific enemy, the plant requires a complex signaling network.
Mais produces a large number of volatile terpenes in defense against herbivores and microbial pathogens which are formed in response to the respective attack. Often, these terpenes are toxins or feeding deterrents which provide a direct defense against the herbivore, but sometimes, volatile terpenes released by the plants also can attract herbivore enemies and thereby defend the plant indirectly. Terpene production in maize is mostly controlled by the expression of terpene synthases, the key enzymes of terpene biosynthesis. The regulation of terpene synthases therefore provides an excellent system to study signal transduction in plants.
The first part of the project is dedicated to the identification of components of the herbivore-induced signal transduction pathways, especially transcription factors, MAP kinases and other proteins. These components will be identified utilizing promoter analyses, promoter binding studies, microarray hybridization, and association mapping. Their function within the signaling cascade as well as their interaction with other signaling components will be characterized by biochemical methods and transposon insertion mutants. In the second part of the project, the interaction of signaling cascades induced by herbivores and pathogens will be characterized. The cross talk between pathways in leaves and roots and across the plant will be characterized to elucidate the complex signaling network of the plant.

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