Titelaufnahme

Der Zuckertransport und seine Regulation ist für die Entwicklung von Samen von großer Bedeutung. Dennoch sind noch viele Aspekte dieser Prozesse im Detail nicht geklärt. Die vorliegende Arbeit widmet sich Fragen der Expression und subzellulären Lokalisation von Proteinen des Zuckertransports bei der Entwicklung von Samen der Ackerbohne. Diese Untersuchungen wurden vor allem mit immunologischen Methoden durchgeführt, für die zunächst Antikörper gegen einen Saccharosetransporter (VfSUT1), einen Hexosetransporter (VfSTP1) und ein Saccharosebindeprotein-ähnliches Protein (VfSBPL) hergestellt wurden. Mit diesen Sonden wurde gezeigt, daß der Expressionsverlauf des VfSTP1-Proteins in mittleren Stadien der Kotyledonenentwicklung ein Maximum zeigte und eng mit der mitotischen Aktivität dieses Organs korrelierte. Das VfSUT1-Protein wurde vor allem in späteren Entwicklungsstadien gefunden und stand somit in engerer Beziehung zur Realisierung der kotyledonaren Speicherfunktion. Die immunologische Untersuchung der subzellulären Lokalisation des VfSBPL-Proteins zeigte, daß dieses Protein in den Proteinkörpern später Entwicklungsstadien von Kotyledonen konzentriert ist. Auf Grund dieser Ergebnisse hat das VfSBPL-Protein eher den Charakter eines Speicherproteins. Zwei Hexosetransporter vollständigen Klonen wurden aus einer Gerstenkaryopsen cDNA-Bank isoliert und als HvSTP1 und HvSTP2 bezeichnet. Das HvSPT2-Gen wird vorwiegend in jungen Karyopsen in der Zeit zwischen dem 1. und 4. Tag nach der Bestäubung exprimiert, kann eine spezifische Funktion in jungen Perikarpzellen abgeleitet werden. Demgegenüber war die Expression von HvSTP1 während der gesamten Karyopsenentwicklung exprimiert mit einem Maximum am 6. Tag nach der Bestäubung in Filialen Geweben der Karyopsen lokalisiert. Auf Grund dieser Ergebnisse hat HvSPT1 eher eine Funktion in der frühen Entwicklungsphase des Endosperms zuzukommen scheint. Aus einer cDNA-Bank heranreifender Gerstenkaryopsen wurden zwei Saccharosetransporter (HvSUT1 und HvSUT2) kloniert. Der Gehalt an HvSUT1-mRNA war besonders hoch in Karyopsen in der Zeit zwischen dem 7. und 11. Tag nach der Bestäubung. Aus der Korrelation zwischen Saccharose Gehalt der Karyopsen und HvSUT1-mRNA-Expression, kann abgeleitet werden, daß HvSUT1 wahrscheinlich an der Akkumulation von Saccharose beteiligt ist. Weiterhin wurde die Promotorregion von 1.4 kBp des HvSUT1-Gens untersucht. Das HvSUT2-Protein transportiert nach heterologer Expression in Hefe einen Saccharosetransport, hat aber andererseits nur geringe Homologie zu den meisten bisher sequenzierten Saccharosetransportern. Der mRNA-Gehalt von HvSUT2 in allen Geweben verglichbar. Durch in situ-Hybridisierung wurde gezeigt, daß die HvSUT1-Transkription in den endospermalen Transferzellen am höchsten ist. In anschließenden Versuchen wurde gezeigt, daß das HvSUT2-Protein vor allem in der Plasmamembran konzentriert ist.

Sugar transport and its regulation are of great importance during seed development. In this work, sugar transporters of faba bean and barley were studied. To enable detailed studies on the expression and the localisition of sugar transporters during seed development of faba bean, antibodies were raised against a sucrose transporter (VfSUT1), a hexose transporter (VfSTP1), as well as a sucrose binding protein-like protein (VfSBPL). The highest expression of the VfSTP1 protein was found in mid-stage cotyledons, closely correlated to mitotic activity. The VfSUT1 protein was detected mainly in later stages of developing cotyledons, suggesting a correlation to storage activity. The VfSBPL cDNA sequence shows high homology to the sucrose binding protein of soybean. The VfSBPL protein has been localized on the sub-cellular level by immunological methods. It was found mainly in protein bodies during developmentally late stages and degrads during germination similar to 50kD-vicilin. Taken together, the VfSBPL protein behaved more like a storage protein than a membrane associated sucrose-binding protein as expected from the sequence analysis. Two sugar transporter genes were cloned from a barley caryopses cDNA library. HvSTP1 is expressed mainly in the young dividing endosperm and later on in the endospermal transfer cells. The expression pattern is tightly correlated to that of HvCWINV1. This result suggusts that HvSTP1 delivers the rapidly dividing endosperm cells with hexoses. Two cDNAs encoding sucrose transporters were cloned and their sucrose uptake activities were confirmed. HvSUT1 mRNA is strongly up-regulated at the beginning of starch accumulation and expressed specifically in the endospermal transfer cells. We speculate that HvSUT1 is a control element for endospermal sucrose concentration. A tissue-specific functional HvSUT1 promoter 1,400 bp in length was isolated. HvSUT2 shows a more ubiquitous expression pattern and seems, therefore, to fulfill a house-keeping function. The HvSUT2 protein was localized at the plasma membrane.