Calcium-abhängige Protein-Kinasen (CDPKs) sind Ser/Thr Protein-Kinasen bei denen die Calcium-bindende Sensordomäne mit einer Kinase-Effektordomäne in einem Molekül vereint ist. Sie werden als wichtige Regulatoren bei einer Vielzahl von unterschiedlichsten Prozessen diskutiert und übersetzen umweltbedingte cytoplasmatische Calciumsignale in definierte Phosphorylierungsmuster. Bislang gab es nur wenige Hinweise auf eine Beteiligung von CDPKs an der R-Gen-vermittelten Pathogenabwehr in Tabak (Romeis et al., 2000; Romeis et al., 2001; Ludwig et al., 2005; Kobayashi et al., 2007) bzw. sehr wenige Hinweise auf die Regulation der PAMP-vermittelten Abwehr in Gerste (Freymark et al., 2007). In dieser Arbeit wurde die Funktion der beiden nahesten verwandten CDPKs CPK5 und CPK6 aus Arabidopsis thaliana innerhalb der PAMP-induzierten Signaltransduktion untersucht. Die hier vorgelegten Daten deuten zum ersten mal auf eine direkte Verbindung zwischen Calcium-abhängigen Protein-Kinasen aus Arabidopis thaliana und der Regulation der frühen PAMP-induzierten Pathogenabwehr hin. Biochemische Untersuchungen an transient in Arabidopsis thaliana Mesophyll-Protoplasten exprimierten AtCPK5- und AtCPK6-Protein konnten zeigen, dass diese Kinasen eine durch Flg22 und Elf18 spezifische induzierbare Kinaseaktivität aufweisen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass AtCPK5 stressabhängig phosphoryliert wird. Eine wichtige Phosphorylierungsstelle scheint dabei die Aminosäure S8 zu sein. Mutationen an dieser Stelle führen zu einem Protein, dass Flg22 insensitiv ist. Zudem konnten in dieser Arbeit weitere Flg22 abhängige in vivo Phosphorylierungsstellen identifiziert werden. Die Expression der konstitutiv aktiven Variante der AtCPK5 in Arabidopsis Mesophyll-Protoplasten führt, ähnlich wie nach Expression in N. benthamiana, zum Absterben der Zellen. Darüber hinaus verursacht dieses Protein eine Reduktion der Phosphorylierung von AtMPK3 und AtMPK6 nach Flg22 Behandlung. Da keine KO-Mutanten für AtCPK5 zur Verfügung standen, konnten die pathophysiologischen Untersuchungen nur mit der Atcpk6-KO-Mutante durchgeführt werden. Hier zeigten sich jedoch keine Unterschiede zum Col-0 WT. Im Gegensatz dazu weisen AtCPK5-YFP überexprimierende Pflanzen einen interessanten Phänotyp auf. An den Blatträndern entwickeln sich ohne Pathogenbefall chlorotische und nekrotische Bereiche und RT-PCR-Analysen konnten zeigen, dass die Expression von pathogenabwehr relevanten Salicylsäure-abhängigen Markergenen erhöht ist.
Calcium-dependent protein kinases (CDPK) are a class of serine/threonine kinases, in which the calcium-binding sensor domain is linked to the protein kinase effector domain within one molecule. CDPKs have been identified as major signaling mediators, which translate changes in the environment into specific phosphorylation signals. A direct involvement of CDPKs in plant defence has so far only been shown in a gen- for-gen interaction in tobacco (Romeis et al., 2000; Romeis et al., 2001; Ludwig et al., 2005; Kobayashi et al., 2007) and there are some evidences that CDPKs might play a role in PAMP induced defence responses in barley (Freymark et al., 2007). This thesis adresses the function of two close homologues CPK5 and CPK6 from Ara- bidopsis thaliana in the PAMP induced signal transduction. Results indicate for the first time a direct link between CDPKs from Arabidopsis thaliana and the regulation of very early PAMP induced defence responses. Biochemical experiments with Protein transient- ly expressed in Arabidopsis thaliana mesophyll-protoplasts showed a Flg22 and Elf18 specific inducible kinase activation. The induction of kinase activity is linked to a change in the phosphorylation status of AtCPK5. An important phosphorylation site involved is a Serin at position 8. Site- directed mutation of S8 results in a Flg22 insensitive protein. In addition, new additional Flg22-dependent in vivo- phosphorylation sites were identified. Similar to results from N. benthamiana the expression of constitutive-active variants of AtCPK5 in mesophyll- protoplast from Arabidopsis resulted in enhanced cell death symp- toms. Also a reduction of Flg22 induced phosphorylation of AtMPK3 and AtMPK6 could be observed. Since there had been no knock-out lines available for AtCPK5 all phytopathological test were performed only with Atcpk6 knock-out plants. No differences between Atcpk6 and the Col-0 WT plants could be detected. In contrast AtCPK5-YFP overexpressing plants developed chlorotic and necrotic lesions without any infection by pathogens. Further- more RT-PCRs demonstrated an enhanced expression of pathogen-induced marker gens indicative for the salicylic acid dependent pathway.