English Title: The antioxidative system of Mesembryanthemum crystallinum

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Abstract

Der Crassulaceen-Säure-Stoffwechsel (CAM) zeichnet sich dadurch aus, daß die Photosynthese teilweise hinter geschlossenen Stomata stattfindet, dies führt mit der Zeit zu einer Anreicherung des photosynthetisch gebildeten Sauerstoffs im Gewebe. Dieser Stoffwechselmodus stellt deshalb besondere Anforderungen an Regulation und Kapazität des antioxidativen Verteidigungsystems. Um Untersuchungen zur Expression der beteiligten Enzyme durchführen zu können mussten zuerst die entsprechenden cDNA-Sequenzen ermittelt werden. Aus den hierfür durchgeführten Arbeiten gingen Vollängensequenzen der Monodehydroascorbat Reduktase (MDHAR), Glutathion Reduktase (GR) und Phospholipidhydroperoxid Glutathion Peroxidase (PHGPX) hervor, sowie der beiden an der Glutathion Biosynthese beteiligten Enzyme gamma-Glutamycystein Syntheatase und Glutathion Synthetase (GSH I+II). Für die PHGPX konnte außerdem der kodierende Bereich der genomischen Sequenz ermittelt werden. Zusammen mit den bereits bekannten Sequenzen von fünf Isoformen der Ascorbat Peroxidase (APX), Katalase und Cu/Zn-Superoxid Dismutase (SOD) stand damit das Instrumentarium für Expressionsanalysen am überwiegenden Teil der beteiligten Enzyme zur Verfügung. Bei Pflanzen, die Salzstress ausgesetzt waren ergaben sich im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen drastische Zunahmen bei den Transkriptmengen der PHGPX, der GR und der Cu/Zn-SOD. Keine Veränderung war bei der Expression der MDHAR festzustellen. Ebenfalls keine signifikanten Veränderungen ließen Katalase und GSH I erkennen. Die Transkriptmenge der cytosolischen Isoform 1 der APX nahm ab, was sich auch in der Proteinmenge widerspiegelte. Die Proteinmengen anderer cytosolischer APX-Isoformen sowie einer chloroplastidären Isoform nahmen dagegen zu. Differentielle Reaktionen der Proteinmengen verschiedener APX-Isoformen auf unterschiedliche Stressbedingungen deuten auf komplexe Regulationsmechanismen hin. Darüberhinaus konnte die subzelluläre Lokalisation einer chloroplastidären APX-Isoform, sowie einer cytosolischen MDHAR durch den Einsatz von GFP-Fusionsproteinen aufgeklärt werden.

Translation of abstract (English)

The crassulaceen acid metabolism (CAM) is characterized by the fact, that photosynthesis takes place at least in part behind closed stomata. This leads to an accumulation of oxygene in the tissue during the day, resulting in a higher tendency for the development of oxidative stress. To analyse the antioxidative system of the facultative CAM-plant Mesembryanthemum crystallinum it was necessary to gain information on the sequences of the various enzymes associated with it. We suceeded in obtaining the cDNA sequences of monodehydroascorbate reductase (MDHAR), glutathione reductase (GR), phospholipidhydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPX), gshI and gshII. Following saltstress the transcript levels of PHGPX, Cu/ZN-SOD and GR were raised, that of ascorbate peroxidase was lowered and those of MDHAR, catalase and gshI weren't altered. In western analysis the different isoforms of the ascorbate peroxidase showed a complex pattern of alterations of protein amounts, depending on the stress elicitors used. The subcellular localisation of MDHAR and ascorbate peroxidase was determined by means of GFP analysis.