Extraflorale Nektarien der Pappeln Populus trichocarpa und Populus tremula x P. tremuloides : Unterschiede und Gemeinsamkeiten

In der vorliegenden Arbeit wurden extraflorale Nektarien (EFN) von Populus trichocarpa (Ptr) und Populus tremula x Populus tremuloides (Ptt) hinsichtlich ihrer funktionellen Eigenschaften bei der indirekten Herbivoren-Abwehr untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Nektarien-Funktion und -Regulation: Beide untersuchten EFN-Arten sind in der Lage, die jeweilige Pappel indirekt vor Schadigung durch Herbivoren zu schutzen. Dies zeigte nicht zuletzt der jeweils beobachtete kontinuierliche Besuch verschiedenster Insektenarten. Vor allem Ameisen aber auch Bienen zahlten zu Besuchern sowohl von Ptr als auch Ptt. Die Effektivitat so angelockter Besucher konnte durch Interaktionsversuche mit Bienen bestatigt werden und belegte, dass allein die Anwesenheit von Bienen zu einer eindeutigen Reduktion des herbivoren Blattschadens fuhrt (Ptr und Ptt). Obwohl beide Pflanzen derselben Gattung (Populus) angehoren, konnte bestatigt werden, dass Ptr und Ptt unterschiedliche Herbivoren-Abwehrstrategien entwickelt haben. Wahrend es sich bei Ptt-EFN um konstitutiv vorhandene Organe handelt, zeigten Ptr-Pflanzen eine gezielte Bildung von Nektarien/Nektar erst nach Herbivorenbefall. Dabei scheinen spezifische, durch Herbivoren erzeugte Signale fur die Induktion verantwortlich zu sein. Die Freisetzung der nach Herbivorenbefall typischen, fluchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in Ptr konnte zwar als Jasmonsaure-abhangig identifiziert, der Jasmonsaure-Signalweg, der schon als Ausloser fur extraflorale Nektar-Produktion bei z.B. Limabohne gezeigt worden war, als alleiniges Steuerelement aber ausgeschlossen werden. Ein Zusammenspiel mehrerer Hormone bei der Regulation der indirekten Herbivoren-Abwehr in Ptr durch Nektarien/Nektar-Induktion ist deshalb sehr wahrscheinlich. Dies bekraftigten auch die Transkriptomanalysen von Ptt-Nektarien. Hier konnte gezeigt werden, dass sowohl Jasmonsaure als auch Auxin und Salicylsaure eine wichtige Rolle spielen. Daruber hinaus lieferten verschiedene differentiell regulierte Gencluster, die in Zusammenhang mit Nektarien-Funktion, -Entwicklung und biotischem Stress stehen, deutliche Hinweise auf die entscheidende Rolle extrafloraler Nektarien bei der Herbivoren-Abwehr. Nektar-Produktion: Die Analyse extrafloraler Nektar-Proteine und zugehoriger Transkripte zeigte nicht nur, dass beide Pappelarten uber eine ahnliche, von antimikrobiellen Proteinen dominierte Nektar-Proteinzusammensetzung verfugen, sondern auch, dass bei beiden die Produktion dieser Proteine hauptsachlich direkt in den Drusenorganen stattfindet. Es deutete auserdem alles darauf hin, dass der Zucker des Ptt-Nektars direkt im Nektarienparenchym produziert wird, und dass dafur ein apoplastischer Schritt notwendig ist, der gleichzeitig uber das „Source und Sink“ Verhaltnis den Nachschub von Saccharose ins Nektarienparenchym reguliert. Nektar-Sekretion: Die unterschiedlichen Hauptsekretionsarten der beiden Pappeln konnten ebenfalls gezeigt werden. Wahrend Ptt-Nektar eindeutig granulokrin sekretiert wird, konnte dieser Weg fur Ptr ausgeschlossen werden. Deshalb scheint Ptr holokrine Sekretion zu bevorzugen. In Ptt fanden sich auserdem Belege fur eine parallel ablaufende ekkrine Sekretion. Hierfur wird die initiale Abgabe osmotisch wirksamer Substanzen und nachfolgend Wasser vorausgesetzt. Der Anionenkanal PttSLAH3 zeigte sich, ausgehend von der Anionenzusammensetzung des Nektars und der Lokalisation des Proteins in den epidermalen Drusenzellen als optimales Transportprotein fur diesen Schritt. Die typischen Eigenschaften eines S-Typ-Anionenkanals vom Typ des Arabidopsis-SLAH3, wie Nitratabhangigkeit und spezifische Anionenpermeabilitat wiesen darauf hin, dass PttSLAH3 fur die finale „nasse“ Sekretion verantwortlich sein kann. Im Unterschied zu AtSLAH3 scheint die Aktivierung von PttSLAH3 allerdings auf andere Weise zu erfolgen. Denn im Gegensatz zum Arabidopsis-Ortholog, zeigte PttSLAH3 in Xenopus-Oozyten bereits ohne koexprimierte Kinase Aktivitat. Grundsatzlich konnte eine Aktivierung durch Phosphorylierung aber nicht ausgeschlossen werden. Es deutete vielmehr alles darauf hin, dass bereits Oozyten-endogene Kinasen eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung von PttSLAH3 spielen. Eine entsprechende Phosphorylierungsstelle konnte jedoch nicht ausgemacht werden. Allerdings deuteten die Ergebnisse im Weiteren darauf hin, dass die unterschiedliche Struktur der AtSLAH3- und PttSLAH3-Termini, im Besonderen die des N-Terminus, fur die konstitutive Aktivitat des Pappel-Kanals verantwortlich ist. Damit kommt PttSLAH3 eine Sonderstellung innerhalb der SLAC/SLAH-Familie zu, die weiterer Untersuchungen bedarf.