Untersuchung der funktionellen Verknüpfung der Regulation der Eisenaufnahme mit dem Ethylensignalweg in Arabidopsis thaliana

Abstract

Eisen ist durch die Fähigkeit zur reversiblen Redoxreaktion der wichtigste Mikronährstoff für Pflanzen. Es ist vor allem als Kofaktor von Enzymen beteiligt an lebenswichtigen Reaktionen. Eisen muss von der Pflanze aktiv aus dem Boden gelöst, reduziert und aufgenommen werden. Die Aufnahme in die Pflanze wird aufgrund der hohen Reaktivität und der damit verbundenen Risiken genau gesteuert. In Arabidopsis thaliana, der wichtigsten Modellpflanze der Molekularbiologie, sind für Reduktion und Aufnahme aus dem Boden die beiden Proteine AtFRO2 als Reduktase und AtIRT1 als Transporter zuständig. Sie werden transkriptionell in Abhängigkeit des Eisenstatus der Pflanze durch den BHLH Transkriptionsfaktor AtFIT gesteuert. AtFIT jedoch wird nur schwach transkriptionell reguliert, eine weitere Regulation findet auf posttranskriptioneller Ebene statt. Eine Möglichkeit dafür ist die Dimerisierung mit anderen Proteinen. In der vorliegenden Arbeit konnte eine Proteininteraktion von AtFIT mit den Transkriptionsfaktoren AtEIN3 und AtEIL1 aus dem Signalweg des Pflanzenhormons Ethylen in planta verifiziert werden. Die Untersuchung des Einflusses von AtEIN3 und AtEIL1 ergab, dass diese mit AtFIT additiv als positive Regulatoren in der Eisenmangelantwort agieren. Weitere Untersuchungen mit Faktoren aus dem Ethylensignalweg sowie mit Ethylen ergaben, dass Ethylen eine wichtige Rolle in der Regulation der Eisenhomöostase spielt.

Iron is, due to its ability for reversible redox reactions, the most important micronutrient for plants. It serves primarily as cofactor in enzymes which are involved in pivotal reactions. Iron needs actively to be solved from the soil, be reduced and taken up by the plant. This mechanism has to be tightly controlled due to the high reactivity of iron and the resulting risks. In the model plant Arabidopsis thaliana, the proteins AtFRO2 as reductase and AtIRT1 as transporter are responsible for the reduction and uptake from the soil. Both are regulated in a transcriptional manner dependent on the iron status of the plant by the BHLH transcription facor AtFIT. AtFIT itself is only weakly regulated on transcriptional level, further regulation takes place at the posttranscriptional level. One possibility for this regulation is the dimerisation with other proteins. In the present work, a protein interaction of AtFIT with the transcription factors AtEIN3 and AtEIL1 from the signalling pathway of the hormone ethylene could be verified in planta. Analysis of the influence of AtEIN3 and AtEIL1 revealed their roles as positive regulators together with AtFIT in an additive manner. Further experiments with other factors from the ethylene signalling pathway and with ethylene itself showed that ethylene plays an important role in the iron homeostasis of the plant.