Nach-Ernte induzierte Genexpression in der Zuckerrübe (Beta vulgaris L.)

Rotthues, Alexander

Es wurden 16 Nach-Ernte induzierte Gene der Zuckerrübe isoliert und deren Genexpression über einen Zeitraum von 49 Tagen nach der Ernte unter verschiedenen Lagerungsbedingungen analysiert. Es zeigt sich, dass die Genexpression mit verschiedenen Stressfaktoren wie Verwundung, Wasserverlust, Sauerstoff- sowie Pathogenstress korreliert. Direkt nach der Ernte wird die Expression des Peroxidase Gens Bvcprx1 induziert, was auf früh stattfindende Wundheilungsprozesse schließen lässt. Im Zusammenhang der Wundheilung kann ferner die Induktion der Gene Bvrcc und Bvpsk diskutiert werden, die einen Regulator der Chromatin-Kondensation respektive das Peptidwachstumshormon PSK-alpha codieren. Die heterologe Überexpression von Bvpsk in Arabidopsis zeigt einen schwachen Wachstumseffekt. Eine Vielzahl der Nach-Ernte induzierten Gene steht im Kontext der Pathogenabwehr. Hierzu zählt das Chitinase-Gen Bvsp2, das Oxalat-Oxidase-Gen Bvglp-r und die Gene Bvrip-r1 sowie Bvrip-r2, welche Ribosomen inaktivierende Proteine codieren. Die Induktion des Aquaporin-Gens Bvbpm1 weist auf vorliegenden Trockenstress hin. An der Detoxifizierung reaktiver Sauerstoffspezies sind vermutlich das Cytochrom-Oxidase Gen Bvc561r und das Peroxidase Gen Bvcprx1 beteiligt. Interessanterweise unterliegen drei nicht proteincodierende Gene einer Nach-Ernte Regulation. Eines dieser Gene, Bvnpcg3, wird vor der Ernte mit einem Intron transkribiert und zeigt ein temperaturabhängiges verstärktes Spleißen nach der Ernte. Die Temperaturabhängigkeit des Spleißprozesses ist in transgenen Arabidopsis-Pflanzen konserviert. Die ungespleißte mRNA erfüllt mehrere Kriterien eines miRNA Vorläufers, dessen Duplexstruktur durch Sequenzabschnitte innerhalb des Introns und des Exon gebildet wird. Das nach der Ernte verstärkte temperaturabhängige Spleißen könnte die miRNA-Bildung regulieren.

Sixteen post harvest induced genes from sugar beet were isolated and gene expression was analysed over a period of up to 49 days after harvest under several storage conditions. It was shown, that gene expression correlates with different stress conditions like wounding, water loss, oxygen- as well as pathogen-stress. An early transient induction of a peroxidase gene, Bvcprx1, indicates a wound healing process shortly after cutting of the top of the storage root. Wound healing may also involve growth stimulating genes such as Bvrcc, a regulator of chromatine condensation and, surprisingly, Bvpsk that encodes a precursor of the growth stimulating phytohormone peptide PSK-alpha. Heterologous expression of the Bvpsk gene in Arabidopsis has a slight growth stimulating effect. Many of the other post-harvest induced genes are involved in pathogen defense and are induced early or as late as 49 days after harvest. For example the chitinase gene Bvsp2, the oxalate-oxidase gene Bvglp-r and two genes named Bvrip-r1 and -r2, both coding for ribosome inactivating proteins, belong to this defense related group. The induction of an aquaporin gene, Bvbpm1, indicates dehydration stress. The induced cytochrom oxidase, Bvc561r, and the peroxidase Bvcprx1 could be involved in the detoxification of reactive oxygen species. Interestingly three non-protein coding genes are post harvest regulated. One of these genes, Bvnpcg3, is transcribed before harvest with an intron and shows temperature dependent post-harvest enhanced splicing. The temperature dependent splicing of this transcript is conserved in transgenic Arabidopsis. The unspliced mRNA fulfills several criteria of a precursor of a miRNA encoded in the exon and the intron. Post-harvest enhanced splicing may regulate miRNA generation.

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Rotthues, Alexander: Nach-Ernte induzierte Genexpression in der Zuckerrübe (Beta vulgaris L.). 2006.

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