Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Biowissenschaften

Fachgebiet: Pflanzenphysiologie

Betreuer: Prof. Dr. Hermann Bauwe



Dipl. Biologe Steffen Müller
(e-mail: steffen.mueller3@uni-rostock.de )

Untersuchungen zur Funktion der Proteine SHMT6 und SHMT7 in Arabidopsis thaliana

Die Serin-Hydroxymethyltransferase (SHMT) ist ein zentrales Enzym im pflanzlichen C1-Stoffwechsel. Durch Spaltung von Serin trägt die SHMT zur Bildung von C1-Verbindungen bei, welche unter anderem für die Methylierung verschiedener Substrate, wie DNA, benötigt werden. In der vorliegenden Dissertation wurden erstmals Isoformen der SHMT außerhalb von Mitochondrien und dem Cytoplasma beschrieben. Mit Hilfe von GFP konnten die Proteine SHMT6 und SHMT7, welche als SHMT klassifiziert werden, eindeutig im Zellkern von Arabidopsis nachgewiesen werden. Anhand von Sequenzvergleichen wurde zudem deutlich, dass möglicherweise nur Pflanzen SHMTs im Zellkern besitzen. Untersuchungen der DNA-Methylierung von Mutanten mit Defekten in den Genen von SHMT6 und SHMT7 legen den Schluss nahe, dass sie Teil des C1-Stoffwechsels im Zellkern sind. Durch knock-out beider Gene erfahren Arabidopsis-Pflanzen eine globale Reduzierung methylierter DNA. Metabolitanalysen mit den Mutanten zeigen, dass verschiedene Stoffwechselprozesse durch diese SHMTs beeinflusst werden. Dies führt unter anderem zu einer Änderung im Keimungsverhalten und einer Beeinflussung der Keimlingsentwicklung von Arabidopsis.

Serine Hydroxymethyltransferase (SHM) plays a central role in the C1-metabolism of plants. By converting serine to glycine it contributes to processes which use up C1-units, such as methylation reactions. The dissertation reports, for the first time, for two SHM isoforms outside mitochondria or cytosol. Using GFP as a reporter the author was able to detect SHM6 and SHM7 in the nucleus of Arabidopsis. By analyzing the sequences of various SHM isoforms I conclude that only plants express nuclear localized SHMs. Examinations of the DNA methylation of mutants with defective genes of SHM6 and SHM7 reveal a role, for these proteins, in the nuclear C1-metabolism. By knocking out both genes Arabidopsis plants sustain a global reduction of methylated DNA. The content of many metabolites of these mutant plants are altered and that affects various metabolite pathways. This leads to changes in the seed germination and early seedling development of Arabidopsis plants.