Planta (Berl.) 92, 355--357 (1970)

Zum Stoffwechsel des Mycels yon Puccinia ~raminis var. tritici auf der Weizenpflanze H. J. P~EISEN]~I~,E. ZIEGLEI~und A. PI~I~ZI~G Biologisches Institut II der Universitgt Freiburg i. Br. (Lehrstuhl fiir Biochemie der Pflanzen) Eingegangen am 31. M/~rz 1970 Investigations of the Metabolism of the Myeelium of Puccinia graminis var. tritici on Wheat Leaves Sumn,ary. Rusted wheat leaves were incubated simultaneously with alanine-l-14C and glucose-6-T. Uredospores formed during the application of the tracers were collected and the bound alanine was isolated from the spores and the host tissue. Comparison of the 14C/T ratio of spore-alanine and host-alanine indicates that the mycelium not only withdraws alanine from the host but in addition carries out an alanine synthesis on its own. This alanine is synthesized from glucose which the myeelium takes up from the host. Durch Inkubation rostinfizierter Wcizenbl&tter mit radioaktiv markierten Verbindungen und Analyse der Uredosporen war es m6glich nachzuweisen, dab das Mycel dem Wirt Aminos/~uren und Hexosen entzicht (J/~ger u. l~eisener, 1969; Pfeiffer et al., 1969) und dab es aus diesen Bausteinen die polymeren Kohlenhydrate der Sporenwand und die Proteine synthetisiert. Die Fragc, ob das Mycel seinen gesamten Alaninbedarf auf diese Weise deckt oder ob es zuss noch eine Eigensynthese von Alanin unter Verwendung anderer KoMenstoffquellen (z. B. Glucose) bcsitzt, wurde untersucht, indem rostinfizierten B1/~ttern gleichzeitig Alanin-l-14C und Glucose-6-T appliziert wurde. Glucose-6-T wird im Wirt zu Alanin-3-T umgesetzt. Das dem Wirt vom Parasiten entzogene Alanin ist infolgedessen in Position 3 mit Tritium und in Position 1 mit 14C markiert. Das w~hrend der Inkubation in Proteine eingebaute Alanin wurde aus mycelfreiem Blattgewebe aus der Umgebung der Infektion und aus den Sporen isoliert und das jeweilige 14C/T-Verh/iltnis bestimmt. Das 14C/T-Verh/iltnis des Sporen-Alanins mug gMch dem des Wirts-Alanins sein, wenn alles Sporen-Alanin dem Wirt entzogen wird. Wird dagegen vom Mycel noch zus/~tzlich Alanin aus Glucose und einer Stiekstoffquelle synthetisiert, muB sich der Tritium-Gehalt im Sporen-Alanin erh6hen (Abb. 1). Dies ist der Fall. I m Wirts-Alanin fanden wit ein 14C/T-Verh~ltnis yon 2,58 und im

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H . J . Reisener, E. Ziegler und A. Prinzing: Wirt

Parasit

Gtucose-6-T Gtucose-6- T At ani n- 1--1/*C

:~ G[ucose-6-T , ~

A Lanin-3-T~

geb. Wirts-Atanin

14.~. =

2,58

I

,o

Abb. 1. Deutung des Versuches mit Doppelmarkierung. Bei der Deutung wurde davon ausgegangen, dab das Alanin der Wirtspflanze entweder nicht kompartimentiert is~ oder dab m6glicherweise vorhandene Teilpools des Alanins miteinander im Molekiilaustausch stehen

Sporen-Alanin eines yon 1,03. Hierans schlieSen wit, dub das Mycel neben der AlarSn-Aufnahme aus dem Wirt selbs~ AlarSn synthetisiert, also fiber alle Enzyme, die zur Synthese yon Alanin aus Glucose und einer Stickstoffquelle notwendig sind, vefffigt. Die Frage ist, ob die unterschiedlichen laC/T-VerhKltnisse nicht aueh auf der Basis einer Kompartimentierung des freien Martins im Wirt erkl~rt werden kSnnen (Abb. 2). Das aus Glucose-6-T entstehende Alanin-3-T und das direkt applizierte Alanin-1-14C k6nnten verschiedenen Teilpools im Wirt zufliegen, die miteinander nicht im Molekiilaustauseh stehen. Wenn der Parasit bevorzugt sein Alanin aus dem T-markierten Pool bezieht, in das Wirts-Protein dagegen hauptsgchlich Alanin aus dem l~C-markierten Teilpool eingebaut wird, dann entstfinden ebenfalls verschiedene 14C/T-Verh/~]tnisse im Wirts- und Sporen-Alanin. Das Vorliegen zweier vollstKndig voneinander getrennter AlaninTeilpools ist jedoeh sehr unwahrseheinlich. Eigene Untersuehungen an keimenden Rostsporen (Ziegler, 1969) und die yon MaeLennan et al. (1963) an verschiedenen Pflanzenmaterialien zeigen sehr deutlich, dab Teilpools einer Verbindung miteinander im Molekfilaustausch stehen, denn innerhalb weniger Stunden nach Beginn der Tracerapplikation batten sie eine konstante und gleiche spezifische Aktivit/~t. Da in unserem Experiment den Weizenbl/~ttern Glucose-6-T und Alanin-l-14C 4 Tage fang appliziert wurde, kSnnen also die unterschiedliehen 14C/T-

Stoffwechsel des Mycels yon Puccinia

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Wirt

Porasit

Gtucose-6-T GLucose-6-T f Aionin-1-14C ~.

GLucose- 6 - T

(fr. ALonin-3-~

fn

vC

geb Wirts -Atonin 14 C

3-

vC

>

geb. Sporen - Atanin 14c T = 1,03

2,ss

V1T > V1C vT

V2T

>

V2C

Abb. 2. Deutung des Versuches mit Doppelmarkierung ~uf der Basis einer Kompartimentierung des freien Alanins im Wirt derart, dab kein Molekfilaustauseh zwischen den Teilpools stattfindet Verh/~ltnisse n i e h t m i t einer K o m p a r t i m e n t i e r u n g W e i z e n b l a t t erkl/~rt w e r d e n .

des I r e i e n A l a n i n s i m

Diese Arbeit wurde im l~ahmen des Sonderforsehungsbereiches ,,Molekulare Grundlagen der Entwicklung" durchgetiihrt. Wir danken der Deutsehen Forsehungsgemeinsehaft fiir ihre Unterstfitzung.

Literatur J~ger, K., Reisener, It. J.: Untersuchungen fiber Stoffwechselbeziehungen zwischen Parasit und Wirt am Beispiel yon Puccinia graminis vat. tritici auf Weizen. I, Aufnahme yon Aminosi~uren aus dem Wirtsgewebe. Planta (BEE.) 85, 57--72 (1969). MaeLennan, D. H., Beevers, H., Harley, J. L. : Compartmentation of acids in plant tissues. Bioehem. J. 89, 316--327 (1963). Pfeiffer, E., Jigger, :K., l~eisener, H . J . : Untersuehungen fiber Stoffweehselbeziehungen zwischen Parasit und Wirt am Beispiel yon Puccinia graminis vat. tritici auf Weizen. II. Aufnahme yon Hexosen aus dem Wirtsgewebe. Planta (Berl.) 85, 194--20I (1969). Ziegler, E.: Untersuchtmgen fiber die Kompartimentierung von Apfel- und Citronensgure in keimenden Uredosporen des Weizenrostpilzes (Puccinia graminis vat. tritici). Diplomarbeit, Freiburg, 1969. Dozent Dr. H. J. Reisener Biologisehes Institut I I Lehrs~uhl ffir Bioehemie der Pflanzen D-7800 Freiburg i. Br., Schanzlestr. 9--11