Universität zu Köln

Analyse und funktionelle Komplementation von GABA-Stoffwechselmutanten in Arabidopsis thaliana

Reichel, Annemarie (2013) Analyse und funktionelle Komplementation von GABA-Stoffwechselmutanten in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    GABA ist ein inhibierender Neurotransmitter im Zentralnervensystem von Säugetieren. In Pflanzen ist die Rolle von GABA noch immer weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit sollte die Bedeutung des GABA-Stoffwechselwegs bei Pflanzen und insbesondere in Arabidopsis weiter analysiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Doppelmutante gs unter Kurztagbedingungen einen aberranten Phänotyp aufweist. Zusätzlich konnte eine bis jetzt unbekannte Substanz entdeckt werden, die in der Doppelmutante akkumuliert, deren Identität bis jetzt nicht bekannt ist. Möglicherweise wird der Phänotyp der gs Doppelmutante durch ein unter Kurztagbedingungen hochreguliertes Gen hervorgerufen. Dieses Gen könnte für eine Aminotransferase codieren. Bei einem hohen Gehalt an GABA könnte der Km-Wert des Enzyms für GABA erreicht werden und dieses zu SSA umsetzen, was in der Doppelmutante anstauen und den Phänotyp hervorrufen könnte. Mögliche Kandidaten wie die OAT oder BCAT-2 konnten ausgeschlossen werden, da die Dreifachmutanten keine Rettung des Kurztagphänotyps zeigten. Jedoch konnte gezeigt werden, dass SSA in der Doppelmutante gs anstaut und für den Phänotyp verantwortlich ist. Die Überexpression von UGA2 (SSADH) in der gs Doppelmutante zeigte keinen Phänotyp unter Kurztagbedingungen. Demnach können geringe SSA Mengen UGA2 abgebaut werden. Ebenfalls konnte ein der Doppelmutante ähnlicher Phänotyp unter Langtagbedingungen erzeugt werden, indem UGA1 (GABA-T) in der gs Doppelmutante überexprimiert wurde. Hierbei wird SSA im Zytosol hergestellt und akkumuliert in diesen Pflanzen. Mit Hilfe der EMS-Mutagenese der gs Doppelmutante konnte gezeigt werden, dass das Gen der NOS1/cGTPase den Kurztagphänotyp retten kann. Möglicherweise ist der geringe Chlorophyllgehalt in der nos1/rif1-1/cgtpase Mutante ausschlaggebend für die Rettung der gs Doppelmutante, als auch der ssadh Mutante. Geringere Menge Glutamat in den nos1/rif1-1/cgtpase Mutante könnten zu einer geringen Chlorophyllbiosynthese, sowie einer geringeren Menge an GABA und SSA führen, da Glutamat durch GAD zu GABA umgesetzt wird. Weitere gsEMS-Linien zeigten eine Mutation auf Chromosom 5. Ein guter Kandidat erscheint die PPOX. Dieses Enzym regeneriert PLP, welches für die Nebenreaktion der GAD, Umsetzung von Glutamat zu SSA, notwendig ist. Eine Mutation würde zu geringen Konzentrationen an PLP führen und somit zu einer geringeren Umsetzung von Glutamat zu SSA. Ebenfalls könnte dieses Enzym aus GABA direkt SSA herstellen. Somit würde eine Mutation dazu führen, dass durch dieses Enzym unter Kurztagbedingungen und hohen Konzentrationen an GABA kein SSA hergestellt werden kann.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    GABA is an inhibiting neurotransmitter in the central nervous system of mammals. In plants the role of GABA is still mostly unknown. The aim of this work is to further analyse the role of the GABA synthesis in plants and especially in Arabidopsis. We were able to show that under short day condition the double mutant gs displays an aberrant phenotype. Furthermore we discovered an until now unknown substrate which accumulates in the double mutant and is still unidentified. It is possible that the phenotype of the double mutant gs is due to a gene up regulated under short day condition. This gene could be an aminotransferase. Assumingly in case of high rate GABA synthesis the Km of this enzyme is reached and GABA is converted into SSA. SSA would accumulate in the plant and cause the aberrant phenotype. Possible aminotransferases as OAT or BCAT could be excluded as there was no phenotype rescued of the triple mutants. Still we were able to show that SSA accumulates in the double mutant and is responsible for the phenotype. The overexpression of UGA2 (SSADH) did not lead to an aberration of the phenotype under short day condition. A similar phenotype was produced in case of an overexpression of UGA1 (GABA-T) in the double mutant gs under long day condition. Recovering the short day phenotype was possible by mutating the gene of the NOS1/cGTPase. This was shown with the help of the EMS mutagenesis. The rescue of the gs double mutant as well as the ssadh mutant by nos1/rif1-1/cgtpase mutant is probably due to a low concentration of chlorophyll. Other gsEMS mutants showed a mutation on chromosome 5. A good candidate seems to be the PPOX. This enzyme regenerates PLP which is necessary for the side reaction of the GAD, the transformation of glutamate to SSA. A mutation would lead to a lower concentration of PLP and thus a lower conversion of glutamate to SSA. This enzyme could also transform GABA directly into SSA. A mutation would thus cause an accumulation of GABA under short day condition because it can not be transformed to SSA.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Reichel, Annemariea_reichel@gmx.net
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-54664
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    GABA, GABA-T, SSADH, GABA-Stoffwechsel, MitochondrienGerman
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Botanisches Institut
    Language: German
    Date: 2013
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 18 June 2013
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 31 Mar 2014 11:59:05
    Referee
    NameAcademic Title
    Flügge, Ulf-IngoProf. Dr.
    Bucher, MarcelProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5466

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