Anaerobe und Pathogen-induzierte Resistenzgenexpression in transgenen Kartoffeln

Bülow, Lorenz

Das phytopathogene Bakterium Erwinia carotovora verursacht die Kartoffelkrankheiten Schwarzbeinigkeit und Knollennaßfäule. Das Bakterium verbreitet sich in Kartoffelknollen bevorzugt unter sauerstoffarmen Bedingungen. Deshalb wurde eine gentechnische Resistenzstrategie entwickelt, welche die Expression eines antimikrobiellen Faktors gezielt unter anaeroben Bedingungen vorsieht. Zur anaeroben Fremdproteinsynthese wurde der in Tabak anaerob induzierbare Mais GapC4 Promotor gewählt. Zur Untersuchung des Induktionsverhaltens dieses Promotors in der Kartoffel wurden transgene GapC4-GUS Pflanzen hergestellt. Dabei stellte sich heraus, daß der Promotor unter anaeroben Bedingungen in allen Teilen der Pflanze stark induziert wird, während er aerob nicht aktiv ist. Nach der Infektion von Knollenscheiben mit Erwinia carotovora zeigte sich ebenfalls eine Induzierbarkeit des Promotors. Dabei beschränkte sich die Induktion des Promotors nicht nur auf infiziertes Knollengewebe, sondern auch in benachbartem noch intaktem Gewebe wurden Signale festgestellt. Auch sterile Erwinia-Extrakte und aufgereinigte pektolytische Enzyme waren in der Lage, den Promotor in Knollenscheiben zu induzieren. Als Resistenzgenkonstrukt wurde der GapC4 Promotor mit dem Gen für T4-Lysozym fusioniert. Dieses Konstrukt wurde zur Transformation von Kartoffel eingesetzt. Zehn transgene Linien wurden in fünf Knollenscheibentests auf Resistenz gegenüber Erwinia carotovora getestet. Dabei zeigten sich in vielen Linien signifikante Resistenzsteigerungen verglichen mit den Kontrollen. Bei einigen Linien wurde ein ähnlich gutes Resistenzverhalten im Vergleich zu einer Kontrolle mit erhöhter Resistenz festgestellt, bei der das T4-Lysozym unter der Kontrolle des 35S Promotors exprimiert wird.

The phytopathogenic bacterium Erwinia carotovora causes the potato diseases black leg and soft rot. In potato tubers, this bacterium preferentially spreads under low oxygen conditions. Therefore, a genetic resistance engineering strategy was developed, which comprises the expression of an antimicrobial factor specifically under anaerobic conditions. The maize GapC4 promoter was chosen for anaerobic foreign protein synthesis. Transgenic GapC4-GUS plants were produced to analyze the induction pattern of this promoter in the potato. The promoter is strongly induced under anaerobic conditions in all tissues of the potato plant, while it is not aerobically active. The promoter is also induced after infection of tuber disks with Erwinia carotovora. Additionally, promoter induction was not only limited to infected tuber tissue, but was detected also in neighboring still intact tissue. Also sterile Erwinia extract and isolated pectolytic enzymes were able to induce the promoter in tuber disks. The resistance gene construct consisted in a fusion of the GapC4 promoter with the gene for T4 lysozyme. This construct was employed for transformation of potato. Ten transgenic lines were tested in five tuber disk tests for resistance to Erwinia carotovora. Significant increases of resistance were observed in many lines compared to control lines. A similarly good resistance level was detected in some lines in comparison to a control with increased resistance, which harbors the T4 lysozyme gene under the control of the 35S promoter.

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Bülow, Lorenz: Anaerobe und Pathogen-induzierte Resistenzgenexpression in transgenen Kartoffeln. 2000.

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