Der Einfluss des Inosittransporters AtINT1 auf die Keimlingsentwicklung in Arabidopsis thaliana

Myo-Inosit spielt eine essentielle Rolle im pflanzlichen Stoffwechsel. Er kann entweder durch de novo-Biosynthese, Import von externem myo-Inosit oder durch Transport von vakuolärem myo-Inosit verfügbar gemacht werden. In Arabidopsis thaliana wird myo-Inosit durch das Transportprotein AtINT1 aus der Vakuole exportiert. Ein knockout oder knockdown von AtINT1 führt zu Beeinträchtigungen in der Keimlingsentwicklung. Zusammenfassend können die Atint1-Mutanten bisher folgendermaßen charakterisiert werden: etiolierte Hypokotyle von Atint1.1-knockout- und Atint1.2-knockdown-Pflanzen weisen im Vergleich zum Wildtyp einen leichten Streckungsdefekt auf, der durch Zugabe von Saccharose deutlich verstärkt wird. In den Wurzeln lichtgezogener Atint1-Pflanzen tritt eine reduzierte Wurzellänge ausschließlich unter Saccharose-Einfluss auf. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand der Zusammenhang zwischen den zuckerabhängigen Entwicklungsstörungen der Atint1-Mutanten und dem Fehlen des AtINT1-Transporters. Es konnte gezeigt werden, dass die reduzierte Länge von etiolierten Hypokotylen und Wurzeln von Atint1-Mutanten auf eine zuckerinduzierte Inhibierung der Zellelongation zurückzuführen ist. Weder die Länge des Wurzelmeristems, noch die Anzahl der meristematischen Zellen waren beeinträchtigt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Streckungsinhibierung der Atint1.1-Mutante nicht rein saccharosespezifisch ist, sondern auch durch Glukose, Fruktose oder Maltose ausgelöst wird. Ein potentieller osmotischer Effekt der analysierten Zucker konnte ausgeschlossen werden. Zudem war die beobachtete Streckungsinhibierung durch Zugabe von externem myo-Inosit vollständig komplementierbar. Ionenchromatographische Analysen beider Atint1-Mutanten zeigten eine deutliche Akkumulation von myo-Inosit in der Mutante Atint1.1 und teilweise in der Mutante Atint1.2. Dies ergab sich aus dem fehlenden, beziehungsweise eingeschränkten Export von myo-Inosit aus der Vakuole. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass der Transport über AtINT1 die einzige, effiziente Möglichkeit für die Pflanzenzelle darstellt, myo-Inosit aus der Vakuole zu exportieren. Es konnte nachgewiesen werden, dass die an der Synthese inosithaltiger Membranbestandteile beteiligten Gene PIS1 und PIS2 in der Atint1.1-Mutante verstärkt exprimiert werden. Kombiniert mit bereits bekannten Ergebnissen der Lipidzusammensetzung der Atint1.1-Hypokotyle weisen diese Daten auf einen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von AtINT1 und der Membransynthese oder dem Ins1,4,5P3-Signaling hin. Mit Hilfe eines Vergleichs von Atint1.1/InsP-Pflanzen mit der InsP-Linie im WT-Hintergrund, in denen der Gehalt an Ins1,4,5P3 reduziert ist, konnte jedoch gezeigt werden, dass Atint1.1-Pflanzen nicht sensitiver auf einen erniedrigten Ins1,4,5P3-Gehalt reagierten als WT-Pflanzen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Lokalisation der Auxin-Efflux-Carrier PIN1-GFP, PIN2- GFP und PIN7-GFP in Atint1.1-Pflanzen keine veränderte Lokalisation zeigten. Eine Verbindung zwischen der beobachteten Elongationsinhibierung der Atint1.1-Mutanten und dem Auxin-Metabolismus oder dem Phytohormon-Signaling im Allgemeinen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden und bietet Raum für weiterführende Experimente. Myo-Inosit ist an zahlreiche Stoffwechsel- und Signalvorgängen in der pflanzlichen Zelle beteiligt. Der ursächliche Mechanismus hinter der zuckerabhängigen Streckungsinhibierung der Atint1-Mutanten konnte bisher noch nicht aufgedeckt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte jedoch eine Vielzahl der möglichen Prozesse ausgeschlossen werden