Ambrosia in Deutschland -lässt sich die Invasion aufhalten?- Julius Kühn-Institut, Berlin-Dahlem

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1 Ambrosia in Deutschland -lässt sich die Invasion aufhalten?- Julius Kühn-Institut, Berlin-Dahlem

2 Ambrosia artemisiifolia Transkriptom-und Protein-Analysen von Pollen nach erhöhten Ozon-Konzentrationen Ulrike Kanter, Dieter Ernst ZAUM

3 Einfluß von Klimaänderungen und globaler Erwärmung Höhere UV-B Strahlung Trockenheit und Hitzewellen Erhöhte Ozon Werte Steigender Seespiegel Migration von Pflanzen/ Tieren Steigende CO 2 Werte Verlustan Biodiversität

4 Fragen: Hat der Pollen von Ambrosia in Europa eine modifizierte allergene Zusammensetzung? Haben Klimaparametereinen Einflußauf die Allergenität von Pollen? WelchenEinflußhat der Ferntransportvon Pollen auf die Pollenallergenität? Welche Allergene werden unter den jeweiligen Umweltbdingungen induziert? Können bisher nicht bekannte allergene Komponenten durch eine Gesamtanalyse des Transkriptoms, Proteoms und Metaboloms erfasst und charakterisiert werden?

5 Hypothese: Das allergische Potentia Pollen hängt auch von den Umeltbedingungen ab Schwerkraft Photosynthetisches Licht Photomorphogenetisches Licht Temperatur Wind Photoperiode Luftfeuchtigkeit Herbivore Beispiel: 25% der pflanzlichenallergene gehörenzu den pathogenesis-related Proteinen(PR) = Stressproteine Pathogene CO2 Ozon, NOx O2 Ziel: Ermittlungder Auswirkungenvon Umwelt-und Klimaparameterauf die Induktion potentiell allergischer Komponenten in Ambrosia Pollen Bodenmikroorganismen Parasiten Bodenqualität Schwermetalle, toxische und Wasserversorgung allelopathische Chemikalien Mineralische Nährstoffe (Biochemistry& Molecular Biology of Plants; Buchanan, Gruissem, Jones)

6 AmbrosiaWachstum in Expositionskammern unter erhöhter Ozonkonzentration Expositionskammer (EUS)

7 Ambrosia Umwelteinflüsse auf die Genexpression und Proteine Systembiologie bei Ambrosia: Gene? Transcriptomics 454-Sequenzierung SuperSAGE Proteine? Proteomics 2D-DIGE +LC-MS/MS ICPL-Analyse + LC-MS/MS Metabolite? Metabolomics Morphologie und Oberflächenstruktur? SEM; ATR-FTIR Allergene? Amba 1 Amba 10

8 Ambrosia Pollen Elektronenmikroskopie 40 ppb Ozon 80 ppb Ozon Scanning Electron Microscopy (SEM) ( A. Holzinger, Universität Innsbruck) Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

9 Erfassung von Transkripten ohne vorhandene Genomsequenz (Ambrosia ist keine Modellpflanze) 454-Sequenzierung Next generation sequencing technique De novo Assemblierung Homologiesuche für eine Genannotierung (BLAST) Übereinstimmungenmitder NCBI nicht redundanten Datenbank ohnearabidopsis (e-value 1e-5; RPKM 7) Ozon 115 2, Kontrolle Übereinstimmungen mit dem Arabidopsis Transkriptom (e-value 1e-5; RPKM 7) Ozon Kontrolle 50 1, Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

10 Ozon induziert allergen- and stress-bezogene Transkripte (454-Sequenzierung) Arabidopsis thaliana Ansatz Nicht-redundante Proteine Allergene Ansatz 2 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5-3 Amb a ; Amb a Amb a Amb a Amb a Art v Amb a ; Amb a Amb a ; Art v Amb a ; Art v Amb a ; Amb a Amb a Amb a Amb a 4; var. 8 Amb a Amb a Amb a Amb a Amb a Amb a Amb a Amb a Amb a CPI Amb a CPI Log2(RPKMozone/RPKMcontrol) Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

11 Durch454-Sequenzierung detektierte Allergene in Ambrosia Pollen Zusätzlich weitere 21 bekannte Allergene aus anderen Pflanzen Actinidin, Aldoketomutase, Betv 1-ähnlich, Bromelain, Esterase, Expansin, Oxidoreductase, Graspollen Gruppe 4 allergen, Lipidtransfer Protein, Ole 1-ähnlich, Papain, Pectinacetylesterase, Pectinmethylesterase, Polygalacturonase, PR-1, Proteinkinase, LEA III-ähnliches Pollenallergen, Kleines Kautschukpartikel Protein, Thioredoxin, Vilin, Xyloglucan Endotransglycolase Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

12 Amba 1 Immunoblot von Ambrosia-Pollen Extrakten nach erhöhtem Ozon Polyklonaler Antikörper Monoklonaler Antikörper Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

13 ELISA fürdas Allergen Amba 1 aus Ambrosia Pollenprotein Extrakten nach erhöhtem Ozon Box-Plot Ozon Kontrolle Kanter et al. PloS ONE 8:e61518, 2013

14 Zusammenfassung Erhöhtes Ozon (80ppb) induziert stress-und allergen-kodierende Transkripte und hat einen Einfluß auf die Pollen-Zellwand Ozon hat keinen Einfluß auf die Menge an Amb a 1 Protein

15 HMGU BIOP: Amr El Kelish, Feng Zhao, Elke Gerstner, Bärbel Groß ZAUM: Jan Gutermuth, Maria Kamml, Sebastian Oeder, Heidrun Behrendt IBIS: Matthias Pfeifer, Klaus Mayer EUS: J. Barbro Winkler Kooperationen Universität München: Paula Braun Universität Salzburg: Michael Hauser, Fatima Ferreira Universität Innsbruck: Andreas Holzinger Funding Christine Kühne-Center of Allergy Research and Education 14