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| Pflanzliche Oberflächen sind so konzipiert, daß sie die Pflanze optimal schützen. Die Schutzschicht auf der Epidermis besteht aus verschiedenen Komponenten: der Zellwand, der Cuticula und den Wachsen. Die Cuticula ist aus Cutin und Cutan zusammengesetzt, Wachse sind entweder eingelagert (intracuticuläre Wachse) oder bilden auf der Oberfläche Kristalle (epicuticuläre Wachse). Die Zusammensetzung von Cutin und Wachs ist in vielen Pflanzen bekannt, und es gibt Modelle für die Biosynthese der langkettigen Komponenten. Allerdings konnten noch nicht viele Enzyme, die an diesen Stoffwechselwegen beteiligt sind, identifiziert werden. Generell wird angenommen, daß eine defekte Cutinschicht mit Organfusionen bei Mutanten in Zusammenhang steht. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sind einige Fusionsmutanten bekannt; der Bezug zum Biosyntheseweg der Cutinschicht konnte bisher allerdings nicht hergestellt werden, weil es noch keine Methode zur Analyse der sehr dünnen Cutinschicht in Arabidopsis gab. Mögliche Analysemethoden wurden in dieser Arbeit auf ihre Anwendung in Arabidopsis getestet und auf verschiedene putative Mutanten mit Defekt in der Cutinbiosynthese angewendet. Es wurde die Methode der Komplettextraktion von Arabidopsis-Blättern verwendet mit anschließender Depolymerisierung durch methanolische Salzsäure, die sich als effektiver erwies als die Depolymerisierung mit BF3/Methanol. Die Extraktion der lipophilen Bestandteile erwies sich mit Hexan als optimaler als eine Extraktion mit Chloroform und die Analyse der Monomere wurde mittels GC-MS bzw. mit GC-FID durchgeführt. Die Analyse zeigte, daß das Cutin von Arabidopsis eine von anderen Pflanzen unterschiedliche Zusammensetzung hat. Es besteht hauptsächlich aus gesättigten und ungesättigten a- bzw. w-hydroxilierten Fettsäuren, Disäuren, langkettigen Fettsäuren und Alkoholen. Die Zusammensetzung des Cutins von verschiedenen Mutanten ergab aufschlußreiche Ergebnisse. Das Cutin von ace/hth bestätigte vorhergehende experimentelle Daten, denn es zeigte eine Akkumulation von w-Hydroxy-Fettsäuren und eine leichte Abnahme der Disäuren. Da bekannt ist, daß ace/hth epidermisspezifisch exprimiert wird und die Analyse von allen löslichen Lipiden ergab, daß w-Oxo-Fettsäuren in kleineren Mengen vorliegen und w-Hydroxy-Fettsäuren akkumulieren, ist ACE/HTH ein Kandidat der verantwortlich ist für die Oxidation von w-Hydroxy-Fettsäuren zu w-Oxo-Fettsäuren, die dann zum Einbau in das Cutin zu Disäuren weiteroxidiert werden. Eine weitere Organfusions-Mutante, bei der die Cutinanalyse zu einer Aufklärung der Funktion beitrug, ist bodyguard (bdg), ein Enzym mit Homologie zu a/b Hydrolasen. Eine Anreicherung aller Cutinkomponenten, ebenso wie der epicuticulären Wachse, auf das 2-3fache konnte in dieser Mutante gemessen werden. SEM-Bilder zeigten eine dickere, aber weniger dichte Cuitula abwechselnd mit Abschnitten ganz ohne eine Cuticula. All diese Aspekte führten zu dem Schluß, daß BDG eine Rolle bei der Veresterung der Cutinbestandteile spielen könnte, da das Cutin von bdg nicht korrekt verestert ist und die Pflanze versucht, diesen Defekt durch eine Akkumulation von Cutinmonomeren und Wachsen auszugleichen. Desweiteren wurde cer10/ecr charakterisiert, denn CER10/ECR ist vermutlich verantwortlich für den letzten Schritt der Elongation der langkettigen Fettsäuren im FAE Komplex auf der cytosolischen Seite des ER. Zu den morphologischen Defekten von cer10/ecr zählen veränderte Größe, fusionierte Blüten, reduzierte Wachsmengen auf allen oberirdischen Organen, veränderte Oberfläche der Sepale und gelegentliche Organduplikationen in der Blüte. Es konnte nachgewiesen werden, daß CER10 allelisch ist mit dem publizierten ECR Gen. Somit müssen sich alle Phenotypen auf den Defekt in ECR zurückführen lassen. Die Cutinanalyse von cer10/ecr zeigte eine Reduktion der a-Hydroxy Fettsäuren und eine leichte Akkumulation der langkettigen Fettsäuren. Die Expressionsanalyse von putativen a-Hydroxylasen ergab allerdings noch keinen Aufschluß, welches Enzym dafür verantwortlich sein könnte oder wie ein Defekt in ECR/CER10 dazu führt, daß weniger a-Hydroxy Fettsäuren im Cutin eingebaut werden. Die Analyse der Lipide der Samenschale wies eindeutiger auf den Verlust der ECR-Funktion hin, denn hier waren alle längerkettigen Lipide in geringeren Mengen vorhanden als im Wildtyp. Allerdings ist die Elongation von langkettigen Fettsäuren in cer10/ecr nicht vollständig unterbunden. Im dritten Teil der Arbeit wurde cer13 charakterisiert. Die Klonierung von CER13 wurde durch Eingrenzung des Lokus auf Chromosom III mittels "map based cloning" durchgeführt. Allerdings weisen die morphologischen Veränderungen, die biochemische Characterisierung der Cutinzusammensetzung und die biochemische Analyse der Lipide der Samenschale nicht auf die Funktion von CER13 hin und weiteres Klonieren wird nötig sein. Durch die Applikation der hier angewendeten Cutinanalyse auf Oryza sativa konnte die Cutinzusammensetzung der Unterart Japonica analysiert werden und es wird möglich sein, verschiedene Reismutanten mit defektem Cutin zu analysieren. Mit den Experimenten in dieser Arbeit untersuchte ich die Zusammensetzung von Cutin in Arabidopsis. Die Anwendung dieser Methode wird zum Verständnis der Cutinbiosynthese, der Funktion von Cutinmonomeren in Signalprozessen und dem Schutz der Pflanze vor Pathogenen durch die Cuticula beitragen. Die Analyse und Übertragung des Wissens von Arabidopsis wird allerdings limitiert sein, da das Arabidopsis Cutin ein anderes ist als in den Landpflanzen, in denen es bisher analysiert wurde. | German |
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| Uncontrolled Keywords: |
| Keywords | Language |
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| Arabidopsis , Cutin , Wachs , Pflanzliche Oberflächen , Organfusionen | German | | Arabidopsis , cutin , wax , organ fusion , polyester | English |
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