Das Projekt "EUROSILVA - Lignin als Stressindikator oder Holzkomponente; ein Vergleich von Struktur, Biosynthese und Regulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie durchgeführt. In der ersten Phase des Vorhabens gelang es, ein Enzym der Ligninbiosynthese (die Coniferylalkohol Dehydrogenase) aus Zellsuspensionskulturen der Fichte zur Homogenitaet zu reinigen und zu charakterisieren. Nach Herstellung eines Antikoerpers konnte ein vollstaendiger cDNA-Klon fuer dieses Enzym isoliert und sequenziert werden. Dabei ergab sich eine interessante Domaenenstruktur des Enzyms. Die Genexpression und auch die Enzymaktivitaet wurden durch Stresseinfluesse (pilzlicher Elicitor, Ozon) induziert. Ein Vergleich mit dem Enzym aus dem Cambialbereich erwachsener Fichten ergab Identitaet sowohl fuer das Enzym wie auch fuer das zugehoerige Gen. Damit hat unsere Untersuchung zum ersten bekannten Gen der Holzbildung in der Fichte gefuehrt. Im Berichtsjahr lag der Akzent auf der chemischen Charakterisierung von Stresslignin. Schon lange ist bekannt, dass Pilz- und Virusinfektionen zur Induktion ligninartiger Verbindungen fuehrt. Deren Struktur ist jedoch bisher unbekannt. Die zur Enzym- und Genisolierung eingesetzten Zellsuspensionskulturen der Fichte produzierten grosse Mengen eines ligninaehnlichen Materials nur, wenn sie mit Elicitorpraeparationen des Nadelpathogens, Rhizosphaera kalkhoffii, behandelt wurden. Der ins Medium exkretierte Komplex enthielt ungefaehr 35 Gewichtsprozent Lignin, das mit Phloroglucin/HCI und Thioglycolsaeure nachgewiesen wurde. Ausserdem waren etwa 14 Prozent Kohlehydrate und 30 Prozent Protein nachweisbar. Die Aminosaeure-Analyse ergab einen hohen Gehalt an Hydroxyprolin und Prolin. Die Ligninstruktur wurde in Zusammenarbeit mit unseren franzoesischen Partnern hauptsaechlich mit dem Verfahren der Thioacidolyse aufgeklaert und mit dem Lignin in Fichtenholz sowie enzymatisch hergestelltem Lignin verglichen. Das Stresslignin hatte eine ungewoehnliche Struktur. Es war wesentlich hoeher kondensiert als Holzlignin und hatte charakteristisch andere Quervernetzungen. Besonders auffaellig war der 20fach erhoehte Gehalt an p-Hydroxyphenyl (H) - Einheiten gegenueber dem Holzlignin. Nach diesen Kriterien aehnelt das Stresslignin speziellen Abarten von Holzlignin, naemlich dem Lignin in Kompressionsholz und in der Mittellamelle von normalen verholzten Zellen. Das Projekt kommt somit zu den folgenden Aussagen: Stresslignin unterscheidet sich erheblich von normalem Holzlignin. Die 3-Hydroxylierung der Vorstufe wird stark gehemmt. Dadurch kommt es zu erhoehtem Gehalt an H-Einheiten. Elicitor-Stress fuehrt zur Induktion eines Ligninprogramms, das Aehnlichkeiten zur Bildung von Kompressionsholz sowie der Mittellamelle hat. Diese entwicklungsgesteuerten Programme werden somit durch Elicitor zur falschen Zeit angeworfen. Damit ist Stress nicht etwas voellig einmaliges, sondern eine uebertriebene Expression spezieller entwicklungsabhaengiger Prozesse. Stresslignin ist mit Extensin, einem bereits gut bekannten Stressprotein mit hohem Gehalt an Hydroxyprolin, eng assoziiert.
Das Projekt "Untersuchungen zur Holzbildung von Cedrela odorata L. und Carapa guianensis Aubl. unter kontrollierten Wuchskammerbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Biozentrum Klein Flottbek und Botanischer Garten durchgeführt. Der Einfluss der Photoperiode und des Bodenwasserpotentials auf die Holzbildung einer laubabwerfenden (Cedrala odorata L.) und einer immergrünen Meliaceae (Carapa guianensis Aubl.) Amazoniens soll in Modellsystemen untersucht werden. Hierfür sollen Jungpflanzen der beiden Arten in Wuchskammern unterschiedlichen Beleuchtungs- und Bodenfeuchtebedingungen ausgesetzt werden. Die Kinetik der Zellentwicklung soll mit Hilfe hochauflösender Zuwachsmessungen und histochemischer Methoden (Licht- und Elektronenmikroskopie, UV-Spektroskopie, energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse) in Abhängigkeit von der Behandlung charakterisiert werden. Anhand der Befunde soll beurteilt werden, welche Phasen der Holzbildung der beiden Arten stark durch die Photoperiode und das Bodenwasserangebot beeinflusst werden und welche Phasen der Holzbildung der beiden Meliaceen stark endogen determiniert sind. Von diesen Ergebnissen werden Erkenntnisse zum besseren Verständnis der Kambialaktivität tropischer Bäume erwartet.