Das Bakterium Bradyrhizobium japonicum ist wie andere Rhizobien in der Lage mit Pflanzen der Familie Fabales (Leguminosen) eine Symbiose einzugehen. Im symbiontischen Zustand fixieren die Mikrosymbionten atmosphärischen, molekularen Stickstoff und stellen diesen den Pflanzen in verwertbarer Form zur Verfügung. Im Gegenzug erhalten die Bakterien von den Pflanzen verschiedene Verbindungen als Kohlenstoff- und Energiequelle. Dem geht ein komplexer Signalaustausch voraus um die gegenseitige Erkennung der Partner und die Spezies-spezifische Symbiose zu ermöglichen. Auf Seite der Bakterien erfolgt die Reaktion auf die Gegenwart pflanzlicher Signalmoleküle. In B. japonicum induziert das Flavonoid Genistein die Transkription einer Reihe von Genen. Durch die Expression der nod-Gene erfolgt eine Synthese von Lipochitooligosacchariden. Diese sogenannten Nodulationsfaktoren rufen wiederum eine Reaktion in der Wirtspflanze hervor. Um die zugrunde liegende Genexpression und deren Regulationsmechanismen zu erforschen, standen bis dato nur Methoden für die Untersuchung einzelner Gene zur Verfügung. Die erstmals 1995 publizierte Microarraytechnologie eröffnete die Möglichkeit zu einem Zeitpunkt die Gentranskription eines gesamten Organismus zu untersuchen (Schena et al. 1995). Um mit dieser Technologie die Gentranskription bei B. japonicum zu untersuchen, wurde ein auf PCR-Produkten basierender Microarray hergestellt. Grundlage für die Synthese genspezifischer PCR-Produkte war die symbiontische Region von B. japonicum und andere zu diesem Zeitpunkt bekannte Gensequenzen (Göttfert et al. 2001). Nach der 2002 erfolgten Veröffentlichung des Genoms von B. japonicum erfolgte ein Abgleich der bisher verwendeten Sequenzen mit der vollständigen Sequenzinformation (Kaneko et al. 2002a). Nach Synthese der PCR-Produkte und deren Kontrolle durch Sequenzierung erfolgte die Herstellung des Microarrays unter Einsatz eines Microarrayspotters. Geeignete Techniken der cDNA-Markierung und die Microarray-Hybridisierung wurden mit Total-RNA von B. japonicum-Kulturen ausgetestet und etabliert. Eine differentielle Expremierung war eine Stunde nach Genistein- bzw. Methanolgabe zum Kulturmedium nicht nachweisbar. Zum darauffolgenden Zeitpunkt konnte die bekannte Induktion der nod-Gene durch dass Flavonoid Genistein beobachtet werden. Diese Induktion fiel in den verbleibenden zwei Zeitpunkten stark ab. Dieser Abfall der Induktionsrate ließ sich nicht mit dem Genisteingehalt im Kulturmedium erklären, da dieser Zeitraum konstant blieb. Vier Stunden nach Genisteingabe war die Induktion der Gene nolA und nodD2, deren Produkte sind an der negativen Regulation der nod-Gene beteiligt, nachweisbar. Dies wäre eine mögliche Erklärung für den Abfall der Induktion der nod-Gene. Im gleichen untersuchten Zeitraum wurde die Transkription verschiedener Gene der Stickstofffixierung und Denitrifikation durch das Flavonoid Genistein induziert. Auch für die bekannten Regulatoren dieser Gene war eine Induktion nachweisbar. Nach bisherigen Arbeiten war die Expression dieser Gene auf mikroaerobe und anaerobe Zustände, wie z.B. dem symbiontischen Stadium, beschränkt. Eine Induktion durch Flavonoide ist bisher nicht beobachtet worden. Um die Verwendbarkeit des Microarrays auch für den symbiontischen Zustand von B. japonicum zu testen, wurden Versuche mit Wurzelknöllchen von Sojabohne (Glycine max) durchgeführt. Dafür wurden Keimlinge der Sojabohne (G. max) mit B. japonicum inokuliert und die Total-RNA der entstehenden Wurzelknöllchen isoliert. Jedoch war eine Kreuzhybridisierung mit pflanzlicher Total-RNA zu beobachten. Der auf PCR-Produkten basierende Microarray ist für die Untersuchung des symbiontischen Stadiums von B. japonicum nicht einsetzbar. Im Vergleich dazu wurde ein auf Oligomeren basierender, kommerzieller Microarray für diesen Versuch getestet. Die Kreuzhybridisierung mit pflanzlicher Total-RNA war auf die Oligomere für die 16S rDNA und 23S rDNA reduziert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:23971 |
| Date | 19 February 2007 |
| Creators | Thieme, Sebastian |
| Contributors | Göttfert, Michael, Vollmer, Günther, Becker, Anke |
| Publisher | Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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