Identifizierung und Charakterisierung von Chrom-induzierten Genen aus gerste (Hordeum vulgare)

In den vergangenen Arbeiten konnte in Kooperation mit dem Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ein Versuchssystem zur Erfassung des Einflusses von Chrom-Salzen (und anderer Schwermetallverbindungen) auf die Modell-Kulturpflanze Gerste etabliert werden. Die Reaktionen der Pflanzen wurden anhand physiologischer Stressparameter zeitabhängig erfasst. Um an die molekularen Schlüsselreaktionen zu kommen, wurden dann mittels RFDD-PCR solche Gene identifiziert, die schnell nach Chromat-Zugabe induziert werden. Diese Arbeiten führten zur Identifikation von 48 cDNA-Spezies. Im folgenden wurden dann aufgrund der Sequenzanalyse und aufgrund von Expressions-Studien besonders interessante Kandidaten-Gene herausgesucht, deren nähere Charakterisierung zur Zeit stattfindet. Zwei dieser Gene stehen dabei im Mittelpunkt, ein neuartiges C2-domain Protein und eine Rezeptor-Protein-Kinase . Eine nähere Charakterisierung erfolgte bis jetzt von dem C2-domain Protein. Hier handelt es sich um sogenanntes kleines C2-domain Protein. Es sind nur wenige solcher Proteine aus anderen Organismen bekannt. Hier wird im Zusammenhang mit Stressbedingungen eine Funktion bei korrekten räumlich gerichteten und zeitlich koordinierten Regulationsmechanismen in Abhängigkeit vom Ca2+-Spiegel diskutiert. Um Aussagen über die Regulation dieses neuen Faktors zu erhalten, wurden zunächst umfangreiche Expressionsstudien durchgeführt. Die Ergebnisse belegen klar eine Schwermetall- und Seneszenz-abhängige Induktion des Gens. Mit diesen Arbeiten konnte also erstmals ein kleines C2-domain Protein beschrieben werden, dass unter diesen besonderen Stress- und Entwicklungsbedingungen exprimiert wird. Weitere Analysen ergaben, dass das Gen tatsächlich über den Ca2+-Spiegel in der Zelle reguliert wird, wie es für manche bekannten C2-domain Proteine bereits beschrieben wurde. In der Literatur war weiterhin eine vom Ca2+-Spiegel abhängige Plasmamembran-Lokalisierung von C2-domain Proteinen beschrieben. Deswegen wurde die Lokalisierung dieses neu identifizierten kleinen C2-domain Proteins bei verschiedenen Ca2+-Spiegeln ebenfalls untersucht. Erstaunlicherweise zeigte es sich, dass das neu identifizierte kleine C2-domain Protein offenbar eine Ca2+-abhängige Translokalisation zum Zellkernbereich durchführt. Dies wäre das erste Beispiel eines C2-domain Proteins mit solch einer Lokalisation. Diese Befunde werden durch die Sequenzanalyse des vollständigen cDNA-Klons untermauert, bei der in der abgeleiteten Proteinsequenz ein deutliches NLS (Kernlokalisationssignal) zu beobachten ist.