DBG · Nachwuchsförderung

Hannah Elisa Krawczyk (Universität Münster)

Hannah Elisa Krawczyk erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster im Jahr 2017 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Einfluss der komplexen N-Glykosylierung auf die Brassinosteroid-Signalweiterleitung in Arabidopsis thaliana"

Hannah Elisa Krawczyk untersuchte, welche Funktionen N-glykosylierte Proteinen in Pflanzen haben. Sie fand nun einen Zusammenhang zwischen der Unfähigkeit komplexe oder hybride N-Glykane im Golgi-Apparat bilden zu können und einer veränderten Sensibilität gegenüber den beiden Pflanzenhormonen Brassinolid (BL) und Abscisinsäure (ABA).

Complex Glycan-Less 1 (CGL1, Arabidopsis N-Acetylglucosaminyltransferase, GNTI), ein Membran-gebundenes Enzym, das im Golgi-Apparat die Bildung komplexer N-Glykane auf sekretierten und membranständigen Glykoproteinen einleitet, wurde bereits vor mehr als 20 Jahren entdeckt (von Schaewen et al., 1993). Jedoch ist bis heute die exakte Rolle und Funktion komplexer N-Glykane in Pflanzen nicht bekannt. Proteom-Analysen von cgl1-2 Keimlingen (unpublizierte Daten) deckten eine starke De-Regulation der Plasmamembran-ständigen Rezeptor-Kinase Brassinosteroid (BR) Insensitive1 (BRI1) auf, welche mehrere genutzte N-Glykosylierungsstellen auf seiner Ektodomäne trägt. Daher wurden WT und cgl1-2 Pflanzen vergleichend auf Antworten gegenüber Brassinolid (BL, aktivstes BR) und Abscisinsäure (ABA, BL-Antagonist) während der Samenkeimung und Keimlingsetablierung untersucht, und zwar auf Unterschiede in der Samenruhe, Keimungskapazität und Hypokotyl-Länge. Wir fanden starke Hinweise, dass cgl1-2 BR-Signale nicht richtig weiterleiten kann, was sich in Hypo-Sensitivität gegenüber exogenem BL und Hyper-Sensitivität gegenüber exo- und endogener ABA äußert. Verglichen mit Wildtyp-Pflanzen zeigten cgl1-2 Mutanten Dosis-abhängige Defekte bei der Keimlingsetablierung nach exogener ABA-Gabe, wobei Keimung im strikten Sinn (Durchstoßen der Radicula) nicht signifikant beein-flusst war (Figur 1 a,b,f). Es ist bekannt, dass ABA-inhibierte Samenkeimung durch BL-Gabe gerettet werden kann. In der Tat konnten niedrige epi-BL-Konzentrationen die Keimlingsetablierung der Mutante nicht retten, wohl aber die des Wildtyps (Figur 1c). Außerdem wurde die Keimlingsetablierung von cgl1-2 stärker durch den BR-Synthese-Inhibitor Brassinazol inhibiert (BRZ; Figur 1 e). Diese Ergebnisse zeigen eine wichtige Rolle der komplexen N-Glykan-Dekoration für BRI1 auf, welche weiter analysiert werden sollte.

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Hannah Elisa Krawczyk fertigte die Arbeit am Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanze (IBBP), Abteilung Molekulare Physiologie der Pflanzen in der Arbeitsgruppe von Professorin Dr. Antje von Schaewen an. Sie setzt nun ihre Ausbildung am Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Biochemie der Pflanze, Georg-August-Universität Göttingen fort.


Abbildung 1a) und 1b): ABA-Dosis-Wirkung. ABA Dosis-Wirkungs Analysen von cgl1-2 und WT Samen im Hinblick auf Keimung sensu stricto, d.h. Durchbruch der Radikula (a) und Keimlingsetablierung (b) wurden durchgeführt. Bei 0, 0.25, 0.5, 1 oder 2.5 µM ABA gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen cgl1-2 und WT Samen im Bezug auf den Durchbruch der Radikula. Im Hinblick auf die Keimlingsetablierung zeigten sich die cgl1-2 Samen signifikant hyper-sensitiv gegenüber 0.25 und 0.5 µM ABA. Abbildung 1c)-e) Rettung der Keimlingsgsetablierung. Der Einfluss verschiedener Behandlungen auf die Keimungsetablierung von Wildtyp und cgl1-2 Samen wurden analysiert. Weder Inkubation in Lösungsmittel allein (d), noch verschiedene Konzentrationen von epi-BL (d) oder Brassinazole (BRZ) alleine (e) zeigten einen Einfluss auf die Keimlingsetablierung. 0.5µM ABA inhibierten die Keimlingsetablierung wesentlich stärker in cgl1-2 als in Wildtypsamen (b, c und e). Zusätzliche Gabe von steigenden epi-BL Konzentrationen zu 0.5 µM ABA führten zu einer schrittweisen Zunahme der Keimlingsetablierung im Wildtyp, nicht jedoch in cgl1-2 (c). Erst bei 0.5 µM epi-BL zeigten cgl1-2 Samen eine Antwort auf exogenes epi-BL und die Keimlingsetablierung konnte gerettet werden. Gemeinsame Gabe von 0.5 µM ABA und 0.25 µM BRZ führten zu einer verstärkten Inhibierung der Keimlingsetablierung in WT und cgl1-2 Samen (e). Abbildung 1f) Keimlingsetablierung bei 0.5 µM ABA. Die Keimlingsetablierung von WT (links) und cgl1-2 (rechts) nach Keimung auf feuchten Filterpapieren mit 0.5 µM ABA in einer Feuchtekammer ist dargestellt. Die meisten der WT Samen haben nach Durchbruch der Radikula den Keimling etabliert. Obwohl die meisten der cgl1-2 Samen ebenfalls einen Durchbruch der Radikula zeigten, stoppte die Entwicklung danach und nur wenige Samen konnten ihren Keimling etablieren. Grafik: Hannah Elisa Krawczyk, Uni Münster