Untersuchungen zur Transkriptions&auml;nderung in <em>Arabidopsis thaliana</em> nach C&auml;sium- und Radioc&auml;sium-Applikation.

Anhand des Transkriptionsmusters von zahlreichen Stressgenen wurde die Wirkungsweise von C&auml;sium und ionisierender Strahlung auf den Stoffwechsel von Arabidopsis thaliana charakterisiert Die Kombination der Subtraktiven-Suppressions-Hybridisierung und der Makroarray-Technologie erwies sich als eine sehr sensitive Methode, um eine Vielzahl von differentiell exprimierten Genen mit hoher Reproduzierbarkeit und hohem Durchsatz zu analysieren; mit der quantitativen und semiquantitativen PCR konnten schwach induzierte oder reprimierte Gene effektiv verifiziert werden. C&auml;sium- und Kalium-Ionen besitzen gro&szlig;e chemische Gemeinsamkeiten. W&auml;hrend Kalium jedoch f&uuml;r die Pflanze essentiell ist, besitzt C&auml;sium keine bekannten physiologischen Funktionen. Folgende Reaktionen der Pflanze auf erh&ouml;hte C&auml;sium-133 Konzentrationen (150&micro;M) in der Umgebung konnten auf Transkriptebene nachgewiesen werden: Eine verst&auml;rkte Transkription von Redoxenzymen (Superoxid-Dismutase, Thioredoxin, Peroxidase) und die Induktion der Schwefelaufnahme bzw. die Synthese schwefelhaltiger Verbindungen. Eine Induktion und Repression von Enzymen auf Genebene, die sowohl bei der Stabilisierung (Chaperone, Heat-shock Proteine) als auch beim Abbau von Proteinen (Peptidasen, Protease-Inhibitoren) eine Rolle spielen. Eine erh&ouml;hte Transkriptionsrate von Genen, deren Produkte als Schutzstoffe f&uuml;r Makromolek&uuml;le oder als osmotisch wirksame Substanzen fungieren k&ouml;nnen (Prolin, Osmotin, LEA-Proteine, etc.); parallel wurde die Expressionsrate verschiedener Aquaporin-Gene verringert. Radioc&auml;sium (C&auml;sium-134) wurde nur in sehr geringen Konzentrationen und Aktivit&auml;ten (30Bq/cm3) in den Versuchen eingesetzt, da vor allem die Langzeitwirkung schwacher ionisierender Strahlung auf Genebene untersucht werden sollte. Dementsprechend waren deutliche Unterschiede in der Stressantwort der Pflanze im Vergleich zu den C&auml;sium-133 Experimenten zu erkennen: Verst&auml;rkte Transkription von Genen des Excisions-Reparatur-Systems und der Rekombination-Reparatur. Beeinflussung der Zellteilung durch Induktion des Gen des CylinB1 und anderer Zellzyklus-kontrollierender Gene. Zudem wurden einige Enzyme des Cytoskelett-Stoffwechsels auf Transkriptionsebene beeintr&auml;chtigt (Profilin2, putativer Actin-depolymerisierender Faktor, beta-5 Tubulin). Analog zu den C&auml;sium-133 Versuchen wurde eine Induktion von Enzymen des oxidativen Stresses gefunden (Superoxid-Dismutase, Thioredoxin, Katalase). Aufnahmeexperimente mit C&auml;sium und Radioc&auml;sium zeigten, dass das Alkalimetall in der Pflanze in Abh&auml;ngigkeit zur externen Konzentration akkumuliert wurde; gleichzeitig nahm die Kaliumkonzentration in Arabidopsis ab. Bei hohen C&auml;siumkonzentrationen traten an den Bl&auml;ttern Welkeerscheinungen und nekrotische Ver&auml;nderungen auf. Zudem wurde bei Arabidopsis thaliana das Wachstum von Wurzeln und sp&auml;ter von Bl&auml;ttern reduziert. Diese Symptome waren dabei stark von der Kaliumkonzentration im Medium abh&auml;ngig, weshalb der toxische Schwellenwert als C&auml;sium/Kalium-Verh&auml;ltnis angegeben werden sollte. Schwache Strahlung hatte keine Auswirkungen auf den Ph&auml;notypen. Erst bei Aktivit&auml;ten von 60Bq/cm3 im Medium wurde ein reduziertes Wachstum festgestellt. Ein Vergleich verschiedener Kalium-Transportermutanten mit dem Wildtyp ergab keine Erkenntnisse &uuml;ber das Aufnahmeverhalten von C&auml;sium. Ausnahme hiervon war die csi52-Mutante, bei der eine leichte Reduction der C&auml;sium-Aufnahme beobachtet werden konnte; parallel dazu wurde auf Genebene eine verst&auml;rkte Transkription verschiedener Kaliumkan&auml;le (KCO, ATKC) im Vergleich zum Wildtyp festgestellt. Zur Kl&auml;rung des Ph&auml;nomens wurden erste Versuche unternommen, Gene verschiedener Kan&auml;le in Arabidopsis thaliana &uuml;berzuexprimieren bzw. auszuschalten (RNAi)