Physiologische Funktionen und posttranslationale Regulation von Ammoniumtransportern der AMT1-Familie in Arabidopsis thaliana
Final Report Abstract
Trotz der hohen Relevanz von Ammonium für die Stickstoffernährung von Pflanzen war es vor Projektbeginn unbekannt, wie Pflanzen die Ammoniumaufnahme über die Wurzeln regulieren und warum es dafür mehrerer unterschiedlicher Transportproteine bedarf. Über einen Zeitraum von sechs Jahren konnte herausgefunden werden, dass die Ammoniumaufnahme bei geringen Außenkonzentrationen im Wesentlichen über vier Transportproteine des AMT1-Typs vermittelt wird. Diese vier Transporter werden vermehrt unter Stickstoffmangel gebildet, besetzen die Plasmamembran unterschiedlicher Wurzelzelltypen und teilen sich die Ammoniumaufnahme, indem sie in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen wirken. Um eine toxisch wirkende Ammoniumaufnahme zu vermeiden, werden posttranskriptionale Regulationsmechanismen, über welche AMT-Transkripte bei ausreichendem Ernährungszustand schnell abgebaut werden, und posttranslationale Regulationsmechanismen eingesetzt. Letztere wirken über eine Phosphorylierung einzelner AMT-Untereinheiten in einem trimeren Proteinkomplex, worüber die benachbarten AMT-Untereinheiten transinaktiviert werden. AMT-Transportproteine finden sich auch in oberirdischen Pflanzenorganen, inklusive dem Pollen, wo sie höchstwahrscheinlich zur zellulären Ammoniumaufnahme bzw. zum Zurückholen („retrieval") von Ammonium dienen, da Pflanzenzellen aufgrund ihres hohen intrazellulären pH-Werts Ammonium in Form von Ammoniak verlieren. Über eine gezielte Überexpression eines einzelnen Ammoniumtransporters konnte zwar die Ammoniumaufnahmekapazität in den Wurzeln erhöht werden, aber nicht die Stickstoffeffizienz in Pflanzen verbessert werden.
Publications
- (2006) Additive contribution of AtAMT1;1 and AtAMT1;3 to high-affinity ammonium uptake across the plasma membrane of nitrogen-deficient Arabidopsis roots. The Plant Journal 48, 522-534
Loqué D., Yuan L, Kojima S., Gojon A., Wirth J., Gazzarrini S., Ishiyama K., Takahashi H. and von Wirén N.
- (2007) A cytosolic trans-activation domain essential for ammonium uptake. Nature 446, 195-198
Loqué D., Lalonde S., Looger L.L., von Wirén N. and Frommer W.B.
- (2007) Nitrogendependent posttranscriptional regulation of the ammonium transporter AtAMT1;1. Plant Physiology 143, 732-744
Yuan L, Loqué D., Ye F., Frommer W.B. and von Wirén N.
- (2007) The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT1-type transporters. Plant Cell 19, 2636-2652
Yuan L, Loqué D., Kojima S., Rauch S., Ishiyama K., Takahashi H. and von Wirén N.
- (2009) AtAMT1;4, a pollen-specific high-affinity ammonium transporter of the plasma membrane in Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 50, 13-25
Yuan L., Graff L., Loqué D., Kojima S., Tsuchiya Y.N., Takahashi H. and von Wirén N.
