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Enhancing disease resistance against microbial pathogens by expression of Et-AMPs in Arabidopsis plants

Amran, Ammar Youssef


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Freie Schlagwörter (Englisch): antimicrobial peptides , transgenic plants , Eristalis tenax , Arabidopsis plants
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.10.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 15.10.2010
Kurzfassung auf Englisch: The aim of the study was to detect the potency of the novel insect antimicrobial peptides
Et-AMP1 and Et-AMP2 derived from drone fly Eristalis tenax to engineer disease
resistance in the model plant Arabidopsis thaliana against the fungal pathogen grey mold
Botrytis cinerea and the bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato strain
DC3000. For the first antimicrobial peptide (Et-AMP1), a protocol for the production of
recombinant protein in E. coli expression system was established by inserting the sequence
for mature Et-AMP1 peptide in frame downstream of the pEXp5-CT/Topo expression
vector. The recombinant protein was evaluated in vitro as to its effects on the devastating
phytopathogen Fusarium culmorum by using spore germination inhibition assays. Results
of this assay exhibited a weak effect with an inhibition percentage about 10.5% against this
plant pathogenic fungus with the maximum concentration of produced recombinant protein
(0.9 μM).
Both antimicrobial peptides (Et-AMP1 and Et-AMP2) were introduced into Arabidopsis
plants via Agrobacterium-mediated transformation. After the production of transgenic
Arabidopsis plants, in vitro antifungal assays were carried out by using T3 plants for
evaluating their resistance against the fungal pathogens B. cinerea and the bacterial
pathogen P. syringae. Our results show that Et-AMP1 transgenic plants did not exhibit
resistance against B. cinerea. In contrast, these plants were more resistant to P. syringae,
especially lines 5, 3, 7 and 2. On the other hand, the Et-AMP2 transgenic plants were
resistant both to B. cinerea and P. syringae. Lines 1, 5 and 4 reduced significantly the
necrotic lesion size caused by B. cinerea pathogen. Lines 1, 2 and 5 were more resistant to
P. syringae infection. Subsequently, further research is required to identify the potential of
Et-AMP1 and Et-AMP2 for plant protection approaches.
Kurzfassung auf Deutsch: Diese Studie soll die Potenziale der neuartigen antimikrobiellen Peptide Et-AMP1 und Et-
AMP2 von der Mistbiene Eristalis tenax untersuchen, um Resistenz gegen das pilzliche
Pathogen Botrytis cinerea (Grauschimmel) und das bakterielle Pathogen Pseudomonas
syringae pv. tomato Stamm DC3000 in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu
erzeugen. Zuerst wurde für das antimikrobielle Peptid Et-AMP1 ein Protokoll für die
Produktion von rekombinanten Protein in dem E. coli Expressionssystem durch Insertion
der Et-AMP1-Sequenz in den Expressionsvektor pEXp5-CT/Topo erstellt. Der Effekt
dieses rekombinanten Proteins wurde in vitro gegen den phytopathogenen Pilz Fusarium
culmorum in einem Sporenkeimungs-Hemmungstest evaluiert.
Die Ergebnisse dieses Tests zeigen eine schwache Hemmung (ca 10,5%) der
Sporenkeimung durch 0,9 μM dieses Proteins.
Arabidopsis-Pflanzen wurden mit den Sequenzen beider antimikrobielle Peptide (Et-
AMP1 und Et-AMP2) mittels Agrobacterium tumefaciens transformiert. Danach wurde
mit den transgenen Pflanzen (T3-Generation) in vivo-Assays zur Ermittlung ihrer
Resistenz gegen das Pilzpathogen B. cinerea und den bakteriellen Erreger P. syringae
durchgeführt.
Et-AMP1 transgenen Pflanzen zeigten keine erhöhte Resistenz gegen B. cinerea, im
Gegensatz dazu wurde eine deutliche Resistenzsteigerung gegen P. syringae vor allem in
den transgenen Linien 5, 3, 7 und 2 festgestellt. Die Et-AMP2 transgenen Pflanzen waren
resistenter gegen B. cinerea und P. syringae im Vergleich zu den Wildtyp-Pflanzen. Die
transgenen Linien 1, 5 und 4 zeigten eine signifikante Verringerung der nekrotischen
Läsionen, die von B. cinerea verursacht werden. Die Linien 1, 2 und 5 waren außerdem
resistenter gegen P. syringae.
Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um das Potenzial der Peptide Et-AMP1 und Et-
AMP2 für Pflanzenschutzansätze zu ermitteln.