Identification and characterization of vacuolar nucleotide phosphatases and characterization of an engineered catabolic pathway for urea in Arabidopsis thaliana

verfasst von

Nabila Firdoos

betreut von

Claus-Peter Witte

Abstract

Pflanzen haben die bemerkenswerte Fähigkeit, Nährstoffe zu remobilisieren, indem sie zelluläre Komponenten wie beschädigte Organellen, Proteine und RNA in den Vakuolen abbauen. Nach dem derzeitigen Modell des RNA-Abbaus in den Vakuolen wird die RNA in drei Schritten abgebaut. Nach dem Transport der RNA in die Vakuolen wird sie zunächst durch die interzelluläre Ribonuklease RNS2 zu 3'-Mononukleotiden (3'-NMPs) katabolisiert. Die RNA-Abbauprodukte werden dann durch saure Vakuolenphosphatasen (AP) dephosphoryliert, wodurch Nukleoside freigesetzt werden. Diese Nukleoside werden schließlich durch den Equilibrative Nucleoside Transporter 1 (ENT1) aus den Vakuolen in das Zytosol transportiert, wo sie entweder weiter abgebaut oder im Salvage-Stoffwechsel zu Nukleotiden recycled werden, wodurch entweder Nährstoffe freigesetzt oder Stoffwechselressourcen geschont werden. RNS2 und ENT1 wurden bereits vor einigen Jahren untersucht und charakterisiert, aber die vakuolären Nukleotidphosphatasen sind noch nicht identifiziert worden. Diese Studie konzentriert sich auf die Identifizierung und Charakterisierung der Nukleotid-dephosphorylierenden APs aus Vakuolen. Es wurden drei Proteinfamilien, die Haloacid Dehalogenase IIIB (HADIIIB)-Familie, die Purple-Acid-Phophatatase (PAP)-Familie und die Endonuklease (Endo) S1/P1-Typ-Nukleasen auf der Grundlage ihrer früheren Identifizierung im Vakuolenproteom oder ihres Potenzials, in der Vakuole zu lokalisieren, und aufgrund ihrer potenziellen Nukleotidase-Aktivitäten in die Untersuchungen einbezogen. Insgesamt wurden 44 Kandidatenproteine anhand einer Reihe von Auswahlkriterien wie Proteinkonservierung in anderen Pflanzen, Proteinlokalisierung, Substratpräferenzen und Expressionsprofilen untersucht. Für die vielversprechendsten Kandidaten wurden mithilfe von T-DNA-Insertionslinien und der CRISPR/Cas9-Technik mehrere Mutantenkombinationen erzeugt. Als die endgültigen Kandidaten (HADIIIB4, umbenannt in Vacuolar Nucleoside Phosphate Phosphatase 1 (VNPP1) und PAP26)) identifiziert waren, wurden diese in vitro und in vivo vollständig charakterisiert. Die Funktion von VNPP1 und PAP26 bei der vakuolären Dephosphorylierung von Mononukleotiden konnte durch die Akkumulation von 3'-NMPs in den entsprechenden Mutanten belegt werden. Weitere gewebespezifische vakuoläre und nicht-vakuoläre NMP-Phosphatasen wurden im Rahmen dieser Arbeit ebenfalls entdeckt, was neue Forschungsrichtungen für die Untersuchung der Bedeutung des Mononukleotid-Katabolismus in Samen, Pollen und Wurzeln eröffnet.

Organisationseinheit(en)

Institut für Pflanzenernährung

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

189

Publikationsdatum

2023

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 2 – Kein Hunger

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/13297 (Zugang: Offen)