Dissertation/Thesis Abstract

Functional Analysis of the Metal Hyperaccumulation and Hypertolerance Candidate Genes NAS4, ZIP6, CAX1 and NRAMP3 in Arabidopsis halleri
by Ahmadi, Hassan, Dr.Nat., Universitaet Bayreuth (Germany), 2017, 139; 27600487
Abstract (Summary)

Arabidopsis halleri ist ein Modellsystem für die mechanistische Aufklärung von Metall-Hyperakkumulation und Hypertoleranz sowie generell die Analyse der Anpassung von Pflanzen an Extremstandorte. Vergleichende Transkriptom-Studien und QTL-Analysen hatten NAS4, ZIP6, NRAMP3 und CAX1 als Kandidatengene für Metall-Hyperakkumulation bzw. Hypertoleranz in A. halleri identifiziert. Die molekulare Aufklärung der Mechanismen von Metall-Hyperakkumulation und Hypertoleranz durch reverse genetics-Ansätze ist abhängig von der Fähigkeit A. halleri zu transformieren. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein Protokoll für die effiziente, stabile und von der Anzucht aus Samen unabhängige Transformation von A. halleri entwickelt. Dies ermöglichte die Generierung von Knockdown-Linien mittels RNAi. Mehrere unabhängige Linien mit jeweils stark reduzierter Transkript-Abundanz der Kandidatengene NAS4, ZIP6, CAX1 und NRAMP3 wurden erzeugt und für die molekulare und physiologische Analyse der Rolle der jeweiligen Gene genutzt. Suppression von AhNAS4 resultierte in reduzierten Nicotianamin-Gehalten der Wurzel. Dies war jedoch ohne Effekt auf die Zn- bzw. Cd-Hyperakkumulation oder Hypertoleranz. Stattdessen zeigte sich eine effizientere Translokation von Fe aus den Wurzeln in den Spross und eine höhere Toleranz gegenüber Fe-Mangel. Der Verlust von AhNAS4-Funktion führte außerdem dazu, dass die Verteilung von Fe in Wurzelgewebe verändert war. Eine Akkumulation in epidermalen Zellen wie im Wild-Typ war nicht mehr zu beobachten. Zudem verursachte AhNAS4-Knockdown Ni2+-Hypersensitivität. Die Arbeitshypothese zur Erklärung dieser Phänotypen ist, dass Reduzierung der AhNAS4-Transkriptmenge kompensatorische Reaktionen auslöst und über die Erhöhung z.B. der Sekretion von organischen Säuren in das Xylem zu verbesserter Fe-Translokation in den Spross führt. Für das Kandidatengen AhZIP6 wurde gefunden, dass es keinen messbaren Beitrag zur Metall-Hyperakkumulation oder Hypertoleranz leistet, der Knockdown jedoch spezifisch die Cd2+-Toleranz erhöht. Es konnte gezeigt werden, dass AhZIP6 signifikant zur Cd-Aufnahme in A. halleri beiträgt und damit einer der ersten pflanzlichen Cd-Transporter identifiziert ist. Suppression von AhCAX1 verursachte erhöhte Akkumulation von H2O2 und Superoxid-Radikalen in mit Cd2+ behandelten Pflanzen. Diese Effekte waren abhängig von externen Ca2+-Konzentrationen. Sie stützen damit die Hypothese, dass AhCAX1 einen der Cd-Toleranz-QTLs (Cdtol2) erklärt und somit den zweiten Cd-Hypertoleranzfaktor neben HMA4 darstellt. Für Nramp3 schließlich konnten in entsprechenden RNAi-Linien keine detektierbaren Beiträge zur Metall-Hyperakkumulation oder Hypertoleranz gefunden werden.

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Advisor:
Commitee:
School: Universitaet Bayreuth (Germany)
School Location: Germany
Source: DAI-C 81/4(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Inorganic chemistry, Genetics, Physiology
Keywords: Heavy metal bioaccumulation
Publication Number: 27600487
ISBN: 9781687900630
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