Investigations on the role of mitogen-activated protein kinases 11 and 17 in defense response of Arabidopsis thaliana

Neumann, Martin; Conrath, Uwe

doi:3896

Investigations on the role of mitogen-activated protein kinases 11 and 17 in defense response of Arabidopsis thaliana = Untersuchungen zur Beteiligung der Mitogen-aktivierten Proteinkinasen 11 und 17 an den Abwehrreaktionen von Arabidopsis thaliana

Neumann, Martin

2011 & 2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Martin Neumann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangV, 112 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2011. - Publikationsjahr: 2012

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Conrath, Uwe (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-12-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-38962
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51715/files/3896.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
MAP-Kinase (Genormte SW) ; Ackerschmalwand (Genormte SW) ; Abwehrreaktion (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Proteinkinase (frei) ; MAP-kinase (frei) ; Arabidopsis (frei) ; plant defense (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Priming von Abwehrreaktionen zur schnelleren und stärkeren Antwort auf abiotischen und biotischen Stress ist ein wichtiger Bestandteil des erworbenen Immunsystems in Pflanzen und Tieren. Neuste Studien enthüllten die Bedeutung der Mitogen-aktivierten Protein Kinasen MPK3 und MPK6 für die Regulation des Primings in Arabidopsis thaliana. Da das A. thaliana-Genom für 20 MPKs codiert, fragte ich mich, ob noch andere MPKs am Priming beteiligt sind. Bioinformatische Analysen zeigten eine starke Bildung von MPK11 Transkripten nach der Behandlung mit den Priming-induzierenden Chemikalien BTH, BABA und Salicylsäure. Zusätzlich konnte eine starke Akkumulation von MPK11 Transkripten nach der Behandlung mit verschiedenem biotischen und abiotischen Stress festgestellt werden. Weiterhin konnte ich in einer phänotypischen Untersuchung von mpk Mutanten starke morphologische Defekte bei mpk17 T-DNA-Insertionspflanzen finden. Um eine mögliche Beteiligung von MPK11 und MPK17 an pflanzlichen Abwehrreaktionen zu analysieren, habe ich mpk11 und mpk17 T-DNA Insertionsmutanten mit verschiedenen Pflanzenpathogenen behandelt sowie basale Abwehrreaktionen untersucht. Weiterhin wurden Trockenstressexperimente durchgeführt, um eine mögliche Beteiligung von MPK11 und MPK17 in der Reaktion auf abiotischen Stress zu erkennen. Ich fand heraus, dass beide Mutanten keine veränderte Abwehrreaktion gegen Pseudomonas syringae und gegen den necrotrophen Pilz Botrytis cinerea zeigen, wogegen ich eine geringe Verringerung der basalen Abwehr gegen den biotrophen Oomycet Hyaloperonospora arabidopsidis festellen konnte. Weiterhin konnte ich zeigen, dass beide Mutanten keine Veränderungen in der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und in der Bildung von Callose, zwei typischen basalen Abwehrreaktionen, aufweisen. Außerdem konnte ich durch Protein Phosphorylierungsanalysen einen kompensatorischen Effekt durch den Verlust von mpk11 und mpk17 auf MPK3, MPK4 und MPK6, den am stärksten in pflanzlichen Abwehrmechanismen beteiligten MPKs, ausschließen. Schlußfolgernd vermute ich, dass MPK11 und MPK17, wenn überhaupt, nur eine geringe Rolle in pflanzlichen Abwehrreaktionen spielen. Nach der Analyse bioinformatischer Daten schlage ich einen möglichen Einfluß von MPK17 in entwicklungsspezifischen Prozessen vor. Weiterhin diskutiere ich eine mögliche Funktion von MPK11 als back-up für andere MPKs.

Priming of defense for a stronger and faster response to abiotic and biotic stress is an important part of acquired immunity in plants and animals. Recent findings revealed the involvement of the two mitogen-activated protein kinases MPK3 and MPK6 in the regulation of priming in Arabidopsis thaliana. Since the A. thaliana genome encodes 20 MPKs, I wondered, whether one or more of the other MPKs would be involved in priming. Bioinformatic analysis revealed a strong transcriptional upregulation of MPK11 upon treatment with the priming-inducing chemicals BTH, BABA, and salicylic acid, and upon several biotic and abiotic stress stimuli. In addition, I performed a phenotypic screen of mpk mutants that revealed strong morphological defects in mpk17 T-DNA knockout plants. To elucidate the potential role of MPK11 and MPK17 in plant defense, I treated mpk11 and mpk17 mutants with various plant pathogens and analyzed basal plant defense responses. Furthermore, I performed drought stress experiments to investigate one abiotic stress response in mpk11 and mpk17 mutants. I found that both mutants are not affected in their response against Pseudomonas syringae and the necrotrophic fungus Botrytis cinerea, whereas I could reveal a slight reduction in basal defense against the biotrophic oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis. In addition, I showed that both mutants are not affected in the production of reactive oxygen species or in deposition of callose, two typical basal defense responses. Furthermore, by analysis of protein phosphorylation, I excluded a compensational effect of MPK3, MPK4, and MPK6, the major players in plant defense signaling, for the loss of mpk11 and mpk17. In all experiments, I did not see significant alterations in primed defense responses, suggesting that both kinases do, if at all, only play a minor role in plant defense. According to bioinformatic analysis, I propose a role for MPK17 in the regulation of developmental processes. Furthermore, I discuss a possible role of MPK11 as a backup system for other kinases.

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