Dokument: Funktionelle Promotoranalyse des Glycin-Decarboxylase-PA-Gens (GLDPA) von Flaveria trinervia (C4)
| Titel: | Funktionelle Promotoranalyse des Glycin-Decarboxylase-PA-Gens (GLDPA) von Flaveria trinervia (C4) | |||||||
| Weiterer Titel: | Functional analysis of the promoter of the glycine decarboxylase PA gene (GLDPA) of Flaveria trinervia (C4) | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=20350 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20120125-115302-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Wiludda, Christian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Westhoff, Peter [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | The successful process of C4 photosynthesis is based on the strict compartmentalization of the enzymes involved in this pathway into mesophyll and bundle-sheath cells of the leaf. Differential gene expression ensures the restriction to one of these distinct tissues. The GLDPA gene of Flaveria trinervia (C4) encodes the P-subunit of the mitochondrial glycine decarboxylase complex (GDC). GDC is involved in photorespiration which occurs in all photosynthetically active tissues in C3 species, but is restricted to the bundle-sheath in C4 plants. In all biosynthetically active cells, GDC is also essential for the C1 metabolism.
In this study, promoter-reporter gene fusion analyses showed that the 1571 base pairs full-length promoter of the GLDPA gene is specifically active in bundle-sheath cells and the vasculature in leaves of transgenic plants of both Flaveria bidentis (C4) and Arabidopsis thaliana (C3). This indicates that the genetic control mechanisms of C3 plants do not differ substantially from those of C4 species. Detailed studies of promoter deletion and recombination constructs fused to the β-glucuronidase (GUS) reporter gene in transgenic F. bidentis and A. thaliana plants, and analyses of RNA 5' ends by rapid amplification of 5' complementary DNA ends (5' RACE) revealed that the GLDPA promoter is composed of two sub-promoters which coordinate gene expression in tandem. In both species, the proximal promoter already suffices to cause the same expression pattern as the full-length promoter, while the distal promoter alone exhibits uniform activity in all inner leaf tissues including the mesophyll. The proximal promoter can silence the distal promoter in F. bidentis, but requires an additional GLDPA promoter segment in Arabidopsis for stable suppression. In the context of the full-length GLDPA promoter, the output of the distal promoter appears to be repressed post-transcriptionally by transcript destabilization. Based on 454 pyrosequencing data, splicing of an intron in the 5' untranslated region of transcripts derived from the distal promoter only inefficiently occurs, but seems to be essential for the accumulation of stable RNAs. These completely spliced transcripts are rare, and encode a protein with a truncated mitochondrial targeting sequence, which was shown to have no effect on localization to mitochondria. Further promoter segments were identified that enhance the transcriptional activity of the proximal promoter to ensure strong bundle-sheath expression. In this way, C4 plants do not only succeed in expressing GDC in different tissues, but are also able to adjust its amount to the needs of the respective metabolic pathway. GDC is apparently needed in large quantities for photorespiration in bundle-sheath cells, while its amount is reduced to an adequate level in mesophyll cells to serve the C1 metabolism.Der erfolgreiche Ablauf der C4-Photosynthese beruht auf der strikten Kompartimentierung der an dieser Reaktion beteiligten Enzyme in den Mesophyll- und Bündelscheidenzellen des Blattes. Die differentielle Genexpression gewährleistet hierbei die Begrenzung auf eines dieser speziellen Gewebe. Das GLDPA-Gen von Flaveria trinervia (C4) kodiert die P-Untereinheit des mitochondrialen Glycin-Decarboxylase-Komplexes. Dieser ist an der Photorespiration beteiligt, die in C3-Spezies in allen photosynthetisch aktiven Geweben abläuft, jedoch auf die Bündelscheide in C4-Pflanzen beschränkt ist. Außerdem ist der Glycin-Decarboxylase-Komplex für den C1-Metabolismus in allen biosynthetischen Zellen essentiell. Im Rahmen dieser Arbeit konnte mittels Promoter-Reportergen-Fusionen gezeigt werden, dass der 1571 Basenpaare große Volllängenpromotor des GLDPA-Gens spezifisch in den Bündelscheidenzellen und dem Leitgewebe in Blättern transgener Pflanzen von Flaveria bidentis (C4) und Arabidopsis thaliana (C3) aktiv ist. Dies deutet darauf hin, dass sich die genetischen Kontrollmechanismen der C3-Pflanzen nicht wesentlich von denen der C4-Pflanzen unterscheiden. Detaillierte Studien an transgenen Pflanzen von F. bidentis und A. thaliana, die verschiedene Promotordeletions- und Promotorrekombinationskonstrukte enthielten, welche mit dem β-Glucuronidase-Reportergen (GUS) fusioniert waren, sowie die Bestimmung von RNA-5'-Enden durch die schnelle Amplifizierung von 5'-komplementären DNA-Enden (5' RACE) haben aufgedeckt, dass der GLDPA-Promotor ein Tandempromotor ist, der sich aus zwei Teilpromotoren zusammensetzt, die gemeinsam die Genexpression koordinieren. Der proximale Promoter reicht in beiden Spezies aus, um das gleiche Expressionsmuster wie der Volllängenpromotor zu bewirken, wohingegen der distale Promotor alleine eine gleichmäßige Aktivität in allen inneren Blattgeweben einschließlich des Mesophylls aufweist. In F. bidentis kann der proximale Promotor den distalen Promotor stilllegen, benötigt in Arabidopsis jedoch für die stabile Unterdrückung ein zusätzliches GLDPA-Promotorsegment. Hierbei scheint die Ausgabe des distalen Promotors im Kontext des GLDPA- Volllängenpromotors posttranskriptionell durch destabilisierte Transkripte verringert zu werden. Mit Hilfe von 454-Sequenzierungsdaten konnte gezeigt werden, dass das Spleißen eines Introns innerhalb des 5' untranslatierten Bereichs der Transkripte, die vom distalen Promotor stammen, nur ineffizient abläuft, jedoch essentiell für die Anreicherung stabiler RNAs zu sein scheint. Diese vollständig gespleißten Transkripte sind selten und kodieren ein Protein mit einer verkürzten mitochondrialen Zielsequenz, was jedoch keine Auswirkung auf die Lokalisierung in den Mitochondrien hat. Es konnten weitere Promotorsegmente identifiziert werden, die die transkriptionelle Aktivität des proximalen Promotors verstärken, um eine starke bündelscheidenspezifische Expression zu gewährleisten. Auf diese Weise gelingt es C4-Pflanzen nicht nur, den Glycin-Decarboxylase-Komplex in verschiedenen Geweben zu exprimieren, sondern sie schaffen es auch, dessen Menge präzise den Bedürfnissen des jeweiligen Stoffwechselweges anzupassen. Der Glycin-Decarboxylase-Komplex wird scheinbar in großen Mengen in den Bündelscheidenzellen für die Photorespiration, aber nur in geringen Mengen im Mesophyll für den C1-Metabolismus benötigt. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen | |||||||
| Dokument erstellt am: | 25.01.2012 | |||||||
| Dateien geändert am: | 25.01.2012 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 21.11.2011 | |||||||
| Datum der Promotion: | 19.01.2012 |
