Dokument:
Die Funktion der SPA Gene in der lichtgesteuerten Entwicklung von
Arabidopsis thaliana
| Titel: | Die Funktion der SPA Gene in der lichtgesteuerten Entwicklung von Arabidopsis thaliana | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3383 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20060508-001383-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Laubinger, Sascha [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Westhoff, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Arabidopsis, Photomorphogenese, COP1, SPA1Arabidopsis, Photomorphogenesis, COP1, SPA1 | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik) | |||||||
| Beschreibungen: | Die Lichtsignaltransduktion wird in Pflanzen während der Dunkelheit durch den zentralen Repressor COP1 unterdrückt. Dadurch zeigen cop1 Mutanten eine konstitutive Lichtantwort und entwickeln sich in Dunkelheit wie im Licht gewachsene Keimlinge. COP1 ist eine E3- Ubiquitinligase, die positiv wirkende Faktoren der Lichtsignaltransduktion der Degradation durch das 26S-Proteasom zuführt. COP1 wirkt nicht als Monomer, sondern ist Teil hochmolekularer Komplexe. Interaktionspartner von COP1 sind unter anderen die vier SPA Proteine (SPA1-SPA4). Die SPA Proteine beeinflussen die E3-Ubiquitinligaseaktivität von COP1 und binden Substrate, die von COP1 ubiquitiniert werden. spa1, spa3 und spa4 Mutanten zeigen im Keimlingsstadium eine verstärkte Reaktion auf Licht, sind in Dunkelheit jedoch nicht von wildtypischen Keimlingen zu unterscheiden. Deshalb wurde vermutet, dass es sich bei den SPA Proteinen um negative Regulatoren handelt, die die Lichtsignaltransduktion nur im Licht hemmen. Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Funktion der SPA Proteine näher untersucht werden. Da alle SPA Proteine mit COP1 interagieren und eine hohe Sequenzhomologie auf Aminosäureebene aufweisen, wurde vermutet, dass SPA Proteine redundante Funktionen ausüben. Tatsächlich zeigten spa1 spa2 spa3 spa4 Quadrupelmutanten ähnlich wie cop1 Mutanten eine konstitutive Lichtantwort. SPA Proteine unterdrücken deshalb die Lichtsignaltransduktion nicht nur im Licht, sondern auch in der Dunkelheit. Durch die spa Mehrfachmutanten konnte außerdem gezeigt werden, dass SPA Proteine nicht nur die Keimlingsentwicklung regulieren, sondern auch das vegetative Wachstum adulter Pflanzen und die photoperiodische Induktion der Blütenbildung steuern. Es war bekannt, das bei wildtypischen Arabidopsis-Pflanzen die Blütenbildung abhängig von der Tageslänge durch CONSTANS (CO) gefördert wird. CO aktiviert im Langtag die Transkription von FT, einem positiven Regulator der Blütenbildung. In kurzen Tagen wird das CO Protein abgebaut und die Blütenbildung wird daher nicht induziert. Verschiedene der untersuchten spa Mutanten gelangten jedoch in kurzen Tagen früh zur Blüte. Es konnte gezeigt werden, dass frühblühende spa Mutanten auch in kurzen Tagen stark erhöhte FT Transkriptmengen aufwiesen, ohne die mRNA-Pegel von CO zu beeinflussen. Da der frühblühende Phänotyp der spa1 Mutante jedoch abhängig von intaktem CO war, wurde vermutet, dass SPA Proteine die Aktivität des CO Proteins in kurzen Tagen posttranslational kontrollieren. Durch Bindungsstudien konnte gezeigt werden, dass alle SPA Proteine und COP1 in vitro direkt mit CO interagieren. Diese Beobachtung unterstützt die Hypothese, dass SPA Proteine zusammen mit der Ubiquitinligase COP1 die Stabilität des CO Proteins in kurzen Tagen kontrollieren. Die SPA Proteine spielen deshalb zusammen mit der Ubiquitinligase COP1 zentrale Rollen in der Kontrolle von pflanzlichen Entwicklungsprozessen wie der Keimlingsentwicklung, der vegetativen Entwicklung und der photoperiodischen Blühinduktion.Light signaling pathways in plants are regulated by positively and negatively acting factors. COP1 is a central suppressor of photomorphogenesis in dark-grown seedlings, whose activity is reduced in the light. cop1 mutants undergo constitutive photomorphogenesis exhibiting features of light-grown seedling even in complete darkness. COP1 is an E3-ubiquitin ligase that targets positively acting light signaling intermediates for degradation via the 26S proteasome. COP1 acts together with other proteins and thereby forms high-molecular-mass complexes. We have shown previously that COP1 interacts with the four members of the SPA protein family (SPA1-SPA4). All SPA proteins contain a WD-repeat domain, a coiled-coil domain and a kinase-like domain. The biochemical function of SPA proteins is not known, but SPA1 has been reported to influence the E3-ubiquitin ligase activity of COP1 in vitro. In addition, SPA proteins also interact with light signaling intermediates that are targeted by the E3-ubiquitin ligase COP1. spa1 , spa3 and spa4 mutants exhibit exaggerated photomorphogenesis in the light, but in contrast to cop1 mutants, they were indistinguishable from wild-type seedlings when grown in complete darkness. Therefore, we concluded that SPA proteins act as repressors of photomorphogenesis only in the light. Here, I show that SPA proteins act redundantly in suppressing photomorphogenesis also in the dark. This conclusion is based on the observation that the spa1 spa2 spa3 spa4 quadruple mutant undergoes constitutive photomorphogenesis similar to a cop1 mutant. SPA proteins also play important roles in plant development beyond the seedling stage. Analysis of different spa mutants revealed that SPA proteins have distinct, but overlapping functions in controlling vegetative plant growth and the induction of flowering. spa1 mutants exhibit an early-flowering phenotype in short days, but not in long days. Genetic analysis in the past identified genes responsible for the initiation of flowering in Arabidopsis. Flowering in response to long days is accelerated by CO, which transcriptionally activates the expression of the floral inducer FT. We show that early-flowering spa mutants exhibit strongly elevated FT transcript levels, but do not show a change in CO transcript levels. Nevertheless, an epistatic analysis indicates that increased FT mRNA levels in spa1 mutants depend on a functional CO gene. These results suggest that SPA proteins might regulate CO at a posttranscriptional level. Consistent with this idea, I found that SPA1 could physically interact with CO in vitro. Taken together with the evidence that the CO protein is unstable during the night phase, my results support the idea that SPA proteins, in concert with the ubiquitin ligase COP1, target CO for destruction via the 26S proteasome. Taken together, the results presented in this work show that SPA proteins have overlapping, but distinct functions in suppressing photomorphogenesis in dark- and lightgrown seedling, vegetative plant growth and the photoperiodic induction of flowering. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe | |||||||
| Dokument erstellt am: | 08.05.2006 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 05.05.2006 | |||||||
| Datum der Promotion: | 05.05.2006 |
