Dokument: Studies on the regulation of Polycomb-target genes and abiotic stress responses by the Arabidopsis protein BLISTER
| Titel: | Studies on the regulation of Polycomb-target genes and abiotic stress responses by the Arabidopsis protein BLISTER | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=38793 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20160630-113532-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | M.Sc. Kleinmanns, Julia Anna [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Daniel Schubert [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Rüdiger Simon [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Polycomb, H3K27me3, Stress, Epigenetik | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | BLISTER (BLI) is a plant specific Protein which interacts with the PRC2 (POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX 2) methyltransferase CLF (CURLY LEAF). PRC2 is highly conserved among animals and plants and represses thousands of genes by trimethylation of histone 3 lysine 27 (H3K27me3). PRC2-mediated H3K27 trimethylation is not sufficient for gene silencing (Schubert et al., 2006); additional proteins are required for stable repression of certain H3K27me3 target genes. This study aimed to elucidate whether BLI regulates the expression of a specific class of H3K27me3 target genes, and whether it has PRC2 related and unrelated functions. Therefore, the transcriptional profile of plants deficient in BLI gene function (bli-1 mutant) was analyzed to determine BLIs target genes. This analysis revealed that a high number of Polycomb group (PcG) protein target genes was mis-regulated in bli-1.
Interestingly, the levels of H3K27me3 at PcG target genes remained unaffected in bli-1 mutants, indicating that BLI acts downstream of, or in parallel to PRC2 in H3K27me3- dependent gene silencing. Furthermore, the analysis of the transcriptional profile revealed that a high number of genes responding to drought, heat, high salt, endoplasmic reticulum (ER-) stress, and systemic acquired resistance (SAR) was mis-regulated in bli-1. Additionally, genes regulated by the plant hormone abscisic acid (ABA), but no key regulators of ABA biosynthesis or catabolism, or ABA reception or transport, were mis-regulated, indicating that downstream ABA responses are affected in bli-1. bli mutants showed increased susceptibility towards drought and ER-stress treatment, indicating that BLI is a negative regulator of stress responses in plants. The up-regulation of ER-stress-responsive genes in bli-1 together with the increased sensitivity towards ER-stress treatment shows that BLI is the first identified negative regulator of ER-stress responses in plants. bli-1 mutants showed increased levels of H3K4me3, an activating histone modification, on several ER-stress responsive genes. This indicates that under normal growth conditions BLI might restrict H3K4me3 at stress responsive genes. The analysis of the subcellular localization of BLI-GFP fusion proteins revealed that BLI is dual localized. BLI-GFP was present in the nuclei of cells of the root elongation zone, but not in more differentiated cells, or cells of the root tip, and it localized to the Golgi in all cell types. BLI-GFP did not colocalize with marker proteins for the ER or the Trans-Golgi network, indicating that BLI is neither secreted nor degraded in a Golgi-dependent manner. The localization of BLI in cytoplasmic compartments is likely dependent on its C-terminus. Strikingly, neither the mutation of BLIs NES (nuclear export signal) nor the addition of a second, strong NLS (nuclear localization signal) could stably force BLI to localize to the nucleus or could trap it there, revealing a second layer of BLI regulation independent from its nuclear import and export signal. In summary, this study shows that BLI regulates a high number of H3K27me3 target genes, without affecting H3K27me3 levels. Therefore, BLI is an important regulator of H3K27me3 target gene expression downstream of, or in parallel to, PRC2. This work hence further shows that PRC2-interactors are required for the stable repression of certain genes in plants. Therefore, the analysis of BLI function in H3K27me3-dependent target gene silencing contributes to our understanding of the epigenetic gene regulation in plants. Additionally, this work revealed that BLI is involved in the regulation of specific stress responses in Arabidopsis. Although stress response regulation by BLI is partially independent of PRC2, BLI could link the regulation of stress responses to the PcG system and epigenetic gene regulation.BLISTER (BLI) ist ein pflanzenspezifisches Protein, das mit der PRC2 (POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX 2) Methyltransferase CLF (CURLY LEAF) interagiert. PRC2 ist in Tieren und Pflanzen stark konserviert und unterdrückt die Expression tausender Gene durch Trimethylierung von Lysin 27 an Histon 3 (H3K27me3). PRC2-vermittelte H3K27 Trimethylierung ist nicht ausreichend für die Genstillegung (Schubert et al., 2006); weitere Proteine sind von Nöten um die Expression von H3K27me3 Zielgenen stabil zu unterdrücken. Diese Studie hatte zum Ziel aufzudecken ob BLI die Expression bestimmter H3K27me3 Zielgene reguliert, und ob es PRC2 abhängige und unabhängige Funktionen besitzt. Um die Zielgene von BLI zu bestimmen wurde in dieser Studie das Transkriptionsprofil von Pflanzen analysiert, die kein funktionstüchtiges BLI Gen enthalten (bli-1 Mutante). Diese Analyse ergab, dass in bli-1 eine hohe Anzahl von Genen fehlreguliert ist, die von Polycomb Gruppen (PcG) Proteinen unterdrückt werden. Interessanterweise konnten keine Änderungen in der H3K27me3 Menge an PcG Zielgenen in bli-1 festgestellt werde, was darauf hindeutet, dass BLI die Stilllegung von Genen zeitlich nach PRC2 vermittelter H3K27 Trimethylierung steuert, oder parallel dazu. Die Analyse des Transkriptionsprofils ergab außerdem, dass in bli-1 eine hohe Anzahl von Stress regulierten Genen fehlreguliert ist: Gene, die in die Antwort auf Trocken-, Hitze-, Salz-, und Endoplasmatisches Retikulum (ER-) Stress involviert sind und solche die durch ‚systemisch erworbene Resistenz‘ (SAR) reguliert werden, waren in bli-1 fehlreguliert. Darüber hinaus waren in bli-1 Gene fehlreguliert, die vom Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) reguliert werden, jedoch nicht in deren Aufbau, Abbau, Perzeption oder Transport involviert sind. Dies deutet darauf hin, dass in bli-1 Pflanzen ABA-nachgeschaltete Antworten fehlreguliert werden. bli Mutanten zeigten eine gesteigerte Sensibilität wenn sie ER- oder Trockenstress ausgesetzt wurden. Dies deutet darauf hin, dass BLI ein negativer Regulator von Stressantworten in Pflanzen ist. Die Überexpression von ER-Stress aktivierten Genen zusammen mit der verminderten Toleranz von bli Mutanten gegenüber ER-Stress deutet darauf hin, dass BLI der erste identifizierte negative Regulator von ER-Stress in Pflanzen ist. bli-1 Mutanten zeigten gesteigerte Mengen an H3K4me3, einer aktivierenden Histonmodifikation, an einigen ER-Stress Genen. Eines dieser Gene war ein PcG Zielgen, was darauf hindeutet, dass BLI unter normalen Wachstumsbedingungen die Trimethylierung von H3K4 an Stress-assoziierten PcG Zielgenen und Nicht-Zielgenen verhindert. Die Analyse der subzellulären Lokalisation von BLI-GFP Fusionsproteinen ergab, dass BLI eine duale Lokalisation aufweist. BLI-GFP war in den Zellkernen von Wurzelzellen in der Zellstreckungszone vorhanden, jedochnicht in Kernen von differenzierten Wurzelzellen oder Zellen der Wurzelspitze. Außerdem kolokalisierte BLI-GFP mit dem Golgi in allen Zelltypen. Die BLI-GFP Lokalisation korrelierte jedoch nicht mit dem ER oder Proteinen die das Trans-Golgi Netzwerk markieren, was auf eine Golgi-abhängige Sekretion oder Degradation von BLI hätte hinweisen können. Die Lokalisation von BLI-GFP in cytoplasmatischen Kompartimenten ist wahrscheinlich vom BLI C-terminus abhängig. Bemerkenswerterweise führten weder die Mutation der BLI Kernexportsequenz (NES) noch der Anhang einer zweiten, starken Kernlokalisierungssequenz (NLS) dazu, dass BLI stabil im Kern vorhanden war. Dies lässt auf eine weitere Regulationsebene von BLI, unabhängig von seiner NLS und NES, schließen. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass BLI eine hohe Anzahl von H3K27me3 Zielgenen reguliert ohne die Menge an H3K27me3 an diesen Genen zu verändern. Daher ist BLI ein wichtiger Regulator von H3K27me3 Zielgenen der zusammen mit PRC2, oder zeitlich danach, diese Gene reguliert. Diese Studie bestätigt somit, dass Interaktoren von PRC2 wichtig sind um die Expression bestimmter Gene in Pflanzen zu unterdrücken. Daher trägt die Analyse der Funktionsweise von BLI in der H3K27me3-vermittelten Genstillegung dazu bei die epigenetische Genregulation in Pflanzen zu verstehen. Außerdem wurde in dieser Studie gezeigt, dass BLI spezifische Stressantworten in Arabidopsis reguliert. Obwohl BLI Stressantworten zum Teil unabhängig von PRC2 reguliert, könnte BLI dennoch Stressantworten mit dem PcG System und epigenetischer Genregulation verbinden. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 30.06.2016 | |||||||
| Dateien geändert am: | 30.06.2016 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 11.03.2016 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.05.2016 |
