Abstract Dissertation

Identifizierung und funktionelle Charakterisierung einer
pollenspezifisch exprimierten Pti1-homologen Kinase aus Zea mays L.

Zur Vertiefung des Verständnisses der molekularen Vorgänge und Regulationsmechanismen bei der sexuellen Fortpflanzung von Samenpflanzen, sollten Gene identifiziert und charakterisisiert werden, die für die Pollenfertilität essentiell und an den Prozessen der Pollinierung beteiligt sind.
Im Zuge der Experimente wurden cDNA-Sequenzen isolierte, die ein sehr stark pollenspezifisch exprimiertes Gen mit Homologien zum Pti1-Gen aus Tomate (Pto Interactor 1; LePti1) repräsentieren. LePti1 codiert in Tomate für eine Serin/Threonin-Proteinkinase, die Teil einer Signaltransduktionskette ist. Diese vermittelt die Resistenz gegenüber dem Pathogen Pseudomonas syringae in grünen Geweben.
In dieser Arbeit wurde das Pti1-homologe Maisgen (ZmPti1) molekularbiologisch charakterisiert. Das maximal in zwei Kopien vorliegende ZmPti1-Gen codiert ebenfalls für eine Serin/Threonin-Proteinkinase mit Autophosphorylierungsaktivität. Diese Aktivität wird durch den Austausch des hochkonservierten Lysin100 gegen ein Asparagin in der Kinase-Subdomäne II eliminiert.
In Co-Präzipitations- und in-gel Kinase-Assays konnte die Existenz von ZmPTI1-phosphorylierenden Kinasen in Maisgesamtprotein aus Pollen, Seide und Wurzel nachgewiesen werden. Ferner wurde in einem transgenen PTGS-Ansatz (RNAi) gezeigt, dass die funktionelle Ausschaltung des endogenen ZmPti1-Gens zum nahezu vollständigen Verlust der Pollenfertilität führt.
Die essentielle Funktion des ZmPti1 während der Pollinierung und die hohe Homologie von ZmPTI1 zu LePTI1 deutet auf eine Funktion von ZmPTI1 innerhalb einer Signalkaskade im Pollen. Auf Grundlage diskutierter Ligand-Rezeptor-Modelle und der Analogie zwischen Prozessen der Interaktion zwischen Pathogen und Wirt und den Vorgängen bei der Pollinierung, könnte die Erkennung eines extrazellulären Liganden durch einen upstream Rezeptorkomplex zur Phosphorylierung von ZmPTI1 führen. Da die ZmPTI1-phosphorylierenden Kinaseaktivitäten nicht nur in Pollen, sondern auch in Seide und Wurzel gefunden wurden, wäre z.B. auch eine Funktion von ZmPTI1 bei der generellen Regulation von Prozessen des Streckungswachstums oder des polaren Spitzenwachstums vorstellbar.