Funktionelle Analyse starker MAMP-responsiver synthetischer Promotoren

Microbe-associated molecular pattern (MAMP) sind zum Beispiel Moleküle von Pathogenen, die bei Pflanzen eine durch cis-regulatorische Sequenzen vermittelte Hochregulation von Abwehrgenen bewirken. Grundlage der vorliegenden Arbeit war die vorangegangene Identifizierung neuer MAMP-responsiver cis-Sequenzen aus Arabidopsis thaliana. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die funktionelle Analyse der zwei stärksten MAMP-responsiven cis-Elemente. Dabei handelt es sich zum einen um das cis-regulatorische Modul (CRM) des DJ1E-Gens und zum anderen um die MAMP-responsive Sequenz (MRS) des At1g13990-Gens. Das CRM-DJ1E ist essentiell für die MAMP-responsive Genexpression des Gens DJ1E. Es enthält drei funktionelle MAMP-responsive cis-Sequenzen, zwei WT-Boxen GGACTTTT und GGACTTTG sowie eine GCC-ähnliche Box GCCACC. Das CRM-DJ1E ist Salizylsäure (SA)-responsiv, wobei die GGACTTTT-Box essentiell ist. Die GGACTTTG und GCCACC-Box sind notwendig für die volle SA-Induktion. Die in dieser Arbeit identifizierten AP2/ERF-Transkriptionsfaktoren (TF) ORA59 und ERF10 interagieren antagonistisch mit der GCC-ähnlichen Box des CRM-DJ1E, wobei es sich bei ORA59 um einen Aktivator und bei ERF10 um einen Repressor handelt. Die Kernsequenz GCCNCC ist für die Interaktion mit ORA59 essentiell. TF die mit den WT-Boxen interagieren konnten nicht identifiziert werden. Die MRS-At1g13990 liegt in einer außergewöhnlich kurzen intergenischen Region. Sie ist für eine MAMP-vermittelte Genexpression von At1g13990 ausreichend, wobei die 3´UTR des upstream liegenden Gens noch zusätzlich einen quantitativen Effekt aufweist. Die MRS-At1g13990 enthält eine 10 bp lange, für die MAMP-Responsivität essentielle Kernsequenz TCGTTTACGT. Für eine voll ausgeprägte MAMP-vermittelte Genexpression ist jedoch die gesamte MRS nötig. In transgenen A. thaliana-Pflanzen vermittelt das CRM-DJ1E sowie die MRS-At1g13990 Pathogen-induzierte Reportergenaktivität gegenüber einem virulenten und avirulenten Pseudomonas syringae Stamm und dem nekrotrophen Pilz Botrytis cinerea. Die beiden Pseudomonas Stämme zählen zu den biotrophen bzw. hemi-biotrophen Pathogenen. Die erhöhte Basalaktivität der MRS-At1g13990 demonstriert die niedrige Spezifität des synthetischen Promotors. Im Vergleich dazu ist die Pathogen-induzierte Reportergenexpression der transgenen CRM-DJ1E-Pflanzen präzise um die Infektionsstelle lokalisiert. Es ist kaum eine Hintergrundexpression zu erkennen. Somit ist dieses Element vermutlich geeignet für die Entwicklung Pathogen-resistenter Pflanzen, bei denen es zu einer Induktion von Zelltod-vermittelnder Gene kommt. Für das bessere Verständnis der Wirkungsweise dieses Elementes ist eine Identifikation der übrigen WT-Box-bindenden TF von Vorteil.