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Effective defense of Arabidopsis against filamentous pathogens requires two mechanisms, both of which involve biosynthesis of tryptophan (Trp)-derived metabolites. Extracellular resistance involves products of PEN2-dependent metabolism of indole glucosinolates (IGs). Restriction of further fungal growth requires PAD3-dependent camalexin and other, as yet uncharacterized, indolics. This study focuses on the function of CYP71A12 monooxygenase in pathogen-triggered Trp metabolism, including the biosynthesis of indole-3-carboxylic acid (ICA). Moreover, to investigate the contribution of CYP71A12 and its products to Arabidopsis immunity, we analyzed infection phenotypes of multiple mutant lines combining pen2 with pad3, cyp71A12, cyp71A13 or cyp82C2. Metabolite profiling of cyp71A12 lines revealed a reduction in ICA accumulation. Additionally, analysis of mutant plants showed that low amounts of ICA can form during an immune response by CYP71B6/AAO1-dependent metabolism of indole acetonitrile, but not via IG hydrolysis. Infection assays with Plectosphaerella cucumerina and Colletotrichum tropicale, two pathogens with different lifestyles, revealed cyp71A12-, cyp71A13- and cyp82C2-associated defects associated with Arabidopsis immunity. Our results indicate that CYP71A12, but not CYP71A13, is the major enzyme responsible for the accumulation of ICA in Arabidopsis in response to pathogen ingression. We also show that both enzymes are key players in the resistance of Arabidopsis against selected filamentous pathogens after they invade.

Zur Abwehr von Schadorganismen produzieren Brassicaceae eine Reihe bioaktiver Sekundärmetabolite. Dabei ist die Biosynthese des Phytoalexins Camalexin chemisch eng mit der Synthese anderer Indolverbindungen verknüpft. Metabolitanalysen von mittels genome editing generierten Mehrfachmutanten beleuchten die Rolle mehrerer Cytochrom P450 abhängiger Monooxygenasen (CYPs), darunter die Homologe CYP71A12 und CYP71A13, CYP71B6, sowie einer Aldehydoxidase, in diesem Netzwerk., As part of their defence strategy, Brassicaceae produce a variety of bioactive secondary metabolites. The biosynthesis of the phytoalexin camalexin is strongly interconnected with the synthesis of other indolics. Metabolic analysis of multiple mutants that were generated applying targeted genome editing techniques elucidates the role of one aldehyde oxidase and several cytochromes P450, including CYP71B6 and the homologues CYP71A12 and CYP71A13, in this network.

Das Phytoalexin Camalexin ist entscheidend an der Abwehr von Arabidopsis gegen Pathogene beteiligt. In dieser Arbeit wurde die physikalische Interaktion der biosynthetischen Enzyme und der Einfluss einer Glutathiontransferase nachgewiesen. Weiterhin wurde in dem alternativen Modellsystem Eutrema salsugineum über einen Transkriptom-basierten Ansatz Kandidatengene der Phytoalexinbiosynthese identifiziert und entsprechende Mutanten durch genome editing generiert und charakterisiert., In Arabidopsis, the phytoalexin camalexin is crucial for defense against pathogens. In this study the physical interaction of biosynthetic enzymes and the role of a glutathion transferase was demonstrated. Furthermore, the alternative model system Eutrema salsugineum was used for identifying candidates for phytoalexin biosynthetic enzymes via a transcriptomic approach and to generate mutants by the means of genome editing.

Zur Abwehr von Schadorganismen produzieren Brassicaceae eine Reihe bioaktiver Sekundärmetabolite. Dabei ist die Biosynthese des Phytoalexins Camalexin chemisch eng mit der Synthese anderer Indolverbindungen verknüpft. Metabolitanalysen von mittels genome editing generierten Mehrfachmutanten beleuchten die Rolle mehrerer Cytochrom P450 abhängiger Monooxygenasen (CYPs), darunter die Homologe CYP71A12 und CYP71A13, CYP71B6, sowie einer Aldehydoxidase, in diesem Netzwerk., As part of their defence strategy, Brassicaceae produce a variety of bioactive secondary metabolites. The biosynthesis of the phytoalexin camalexin is strongly interconnected with the synthesis of other indolics. Metabolic analysis of multiple mutants that were generated applying targeted genome editing techniques elucidates the role of one aldehyde oxidase and several cytochromes P450, including CYP71B6 and the homologues CYP71A12 and CYP71A13, in this network.

New SAR regulatory legume lectin-like proteins were examined. Mutations in these lectins compromised SAR and even intensify systemic susceptibility. Besides, the lectins were positively associated with the defence response to a necrotrophic pathogen but plant response to high salinity was negatively influenced by the lectins. Therefore, the legume lectin-like lectins LEC1, LEC2, and LLP1 might directly act upon the pathways of the phytohormones SA, JA, and ABA and could also affect cross talk between these pathways, thereby fine tuning systemic immunity., Es wurden SAR-regulierende Leguminosenlektin-ähnliche Proteine untersucht. Mutationen in den Lektinen führten dazu, dass die SAR unterdrückt und die systemische Anfälligkeit noch verstärkt wurde. Des Weiteren unterstützen die Lektine die Immunantwort gegen nekrotrophe Pathogene aber fungieren negativ bei Salzstress. Demzufolge wirken die Lektine LEC1, LEC2 und LLP1 vermutlich direkt auf die Biosynthesewege der Phytohormone SA, JA und ABA ein, sowie auf deren gegenseitigen Wechselbeziehungen zueinander und tragen zur Feinsteuerung der systemischen Immunität bei.

Das Ziel dieser Arbeit war die Erforschung der Bedeutung der Arabidopsis Rezeptor Kinase SRF4 auf die Blattgröße, seine molekulare Charakterisierung sowie die Identifizierung möglicher nachgelagerter Zielobjekte des SRF4 Signal Mechanismus. Zwei der in einem Y2H Screen identifizierten, potentiellen Interaktionspartner von SRF4 wurden näher untersucht. Dabei handelt es sich zum einen um die zytosolische Hydroxy-Pyruvat Reduktase DÄUMLING (DLG, HPR2) und zum anderen um WINZLING (WIZ), ein Protein mit einer WD40 Domäne von unbekannter Funktion. Phänotypische Charakterisierung, GUS und EGFP Reporter-Konstrukte sowie Interaktionsstudien in vitro, Hefen und Pflanzen wurden zur genaueren Untersuchung der Beziehungen der drei Proteine verwendet. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen darauf schließen, dass SRF4 und DLG positive Regulatoren der Blattgröße sind und dass SRF4 diesen Prozess teilweise durch die direkte Interaktion mit DLG kontrolliert., The aim of this thesis was to further investigate the relevance of the Arabidopsis Receptor-Like Kinase SRF4 on organ size control, its molecular characterization and to identify potential downstream components of the SRF4 signaling mechanism. Two previously in a Y2H screen identified, potential interaction partners of SRF4 were investigated closer. One is the cytosolic hydroxypyruvate reductase DÄUMLING (DLG, HPR2) and the other one is WINZLING (WIZ), a WD40 domain containing protein of unknown function. Phenotypic characterization, GUS and EGFP reporter constructs as well as interaction studies in vitro, yeast and in planta were carried out to investigate the connection of the three proteins closer. The results of this thesis are compatible with the notion that SRF4 and DLG are positive regulators of leaf size and that SRF4 may control this process in part through the direct interaction with DLG.

Glucosinolates (GSL) of cruciferous plants comprise a major group of structurally diverse secondary compounds which act as deterrents against aphids and microbial pathogens and have large commercial and ecological impacts. While the transcriptional regulation governing the biosynthesis and modification of GSL is now relatively well understood, post-translational regulatory components that specifically determine the structural variation of indole glucosinolates have not been reported. We show that the cytoplasmic protein phosphatase 2A regulatory subunit B'gamma (PP2A-B'gamma) physically interacts with indole glucosinolate methyltransferases and controls the methoxylation of indole glucosinolates and the formation of 4-meth-oxy-indol-3-yl-methyl glucosinolate in Arabidopsis leaves. By taking advantage of proteomic approaches and metabolic analysis we further demonstrate that PP2A-B'gamma is required to control the abundance of oligomeric protein complexes functionally linked with the activated methyl cycle and the trans-methylation capacity of leaf cells. These findings highlight the key regulatory role of PP2A-B'gamma in methionine metabolism and provide a previously unrecognized perspective for metabolic engineering of glucosinolate metabolism in cruciferous plants.

Nitric oxide (NO) is an important signaling molecule in plants. In this work a new pathway is described which regulates NO production during salt stress and also during primary root growth in Arabidopsis thaliana seedlings. COPPER AMINE OXIDASE 8 affects NO formation by decreasing arginase activity, thereby modulating the intracellular arginine pool, which critically influences NO formation., Stickstoffmonoxid (NO) ist ein wichtiges pflanzliches Signalmolekül. In dieser Arbeit wird ein neuer regulatorischer Mechanismus aufgezeigt, der die NO-Produktion während der Antwort auf Salzstress aber auch während des primären Wurzelwachstums in Arabidopsis thaliana Keimlingen beeinflusst. KUPFER-AMIN-OXIDASE 8 vermindert die Arginase-Aktivität, was zur Modulation des intrazellulären Arginin-Pools führt. Dieser wiederum ist ein entscheidender Faktor, welcher die NO-Produktion beeinflusst.

Nitric oxide (NO) is an important signaling molecule in plants. In this work a new pathway is described which regulates NO production during salt stress and also during primary root growth in Arabidopsis thaliana seedlings. COPPER AMINE OXIDASE 8 affects NO formation by decreasing arginase activity, thereby modulating the intracellular arginine pool, which critically influences NO formation., Stickstoffmonoxid (NO) ist ein wichtiges pflanzliches Signalmolekül. In dieser Arbeit wird ein neuer regulatorischer Mechanismus aufgezeigt, der die NO-Produktion während der Antwort auf Salzstress aber auch während des primären Wurzelwachstums in Arabidopsis thaliana Keimlingen beeinflusst. KUPFER-AMIN-OXIDASE 8 vermindert die Arginase-Aktivität, was zur Modulation des intrazellulären Arginin-Pools führt. Dieser wiederum ist ein entscheidender Faktor, welcher die NO-Produktion beeinflusst.

Camalexin ist das charakteristische Phytoalexin von Arabidopsis thaliana. Bei Pathogeninfektion wird die Synthese von Camalexin z. B. durch die Erkennung von Peptidoglycan oder Nep1-artigen Proteinen (NLPs) ausgelöst. Pflanzen, welche ein NLP unter der Kontrolle eines Ethanol-induzierbaren Promotors exprimieren zeigten eine starke Induktion der Tryptophan- und Camalexinbiosynthesegene und eine reproduzierbare Camalexinakkumulation. Retrobiosynthetische NMR-Analysen und Markierungsexperimente mit direkten Vorstufen belegten, dass das bakterielle Camalexin-Derivat BE-10988 aus Streptomyces, wie Camalexin aus Tryptophan und Cystein synthetisiert wird., Camalexin is the characteristic phytoalexin of Arabidopsis thaliana. Following pathogen infection camalexin synthesis is triggered for example by the recognition of peptidoglycan or Nep1-like proteins (NLPs). Plants expressing a NLP under the control of an alcohol inducible promoter showed strong induction of tryptophan and camalexin biosynthetic genes and reproducible camalexin accumulation. Retrobiosynthetic NMR-analysis and labelling experiments with direct precursors demonstrated that tryptophan and cysteine served as biosynthetic precursors of the bacterial camalexin derivative BE-10988 from Streptomyces in analogy to the biosynthetic pathway of camalexin.

Camalexin ist das charakteristische Phytoalexin von Arabidopsis thaliana. Bei Pathogeninfektion wird die Synthese von Camalexin z. B. durch die Erkennung von Peptidoglycan oder Nep1-artigen Proteinen (NLPs) ausgelöst. Pflanzen, welche ein NLP unter der Kontrolle eines Ethanol-induzierbaren Promotors exprimieren zeigten eine starke Induktion der Tryptophan- und Camalexinbiosynthesegene und eine reproduzierbare Camalexinakkumulation. Retrobiosynthetische NMR-Analysen und Markierungsexperimente mit direkten Vorstufen belegten, dass das bakterielle Camalexin-Derivat BE-10988 aus Streptomyces, wie Camalexin aus Tryptophan und Cystein synthetisiert wird., Camalexin is the characteristic phytoalexin of Arabidopsis thaliana. Following pathogen infection camalexin synthesis is triggered for example by the recognition of peptidoglycan or Nep1-like proteins (NLPs). Plants expressing a NLP under the control of an alcohol inducible promoter showed strong induction of tryptophan and camalexin biosynthetic genes and reproducible camalexin accumulation. Retrobiosynthetic NMR-analysis and labelling experiments with direct precursors demonstrated that tryptophan and cysteine served as biosynthetic precursors of the bacterial camalexin derivative BE-10988 from Streptomyces in analogy to the biosynthetic pathway of camalexin.