Dokument: Zur Rolle der Signaltransduktion in der meristematischen Entwicklung von Arabidopsis thaliana

Titel:	Zur Rolle der Signaltransduktion in der meristematischen Entwicklung von Arabidopsis thaliana
Weiterer Titel:	The role of signaltransduction in the meristem development of Arabidopsis thaliana
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=5085
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070706-095946-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Müller, Ralf [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,34 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 06.07.2007 / geändert 06.07.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter] Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter]
Stichwörter:	Meristem CLAVATA3 WUSCHEL DORNRÖSCHEN CORYNE Signaltransduktion Stammzellen Arabidopsis thaliana
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Bei den höheren Pflanzen entstehen die meisten Organe postembryonal an den Flanken ihrer apikalen Meristeme, die einen Pool von totipotenten Stammzellen beinhalten. Die Organ-Neogenese ist abhängig von einem Gleichgewicht zwischen dem Erhalt und der Differenzierung der Stammzellen. In Arabidopsis wird das Stammzellschicksal in den Spross- und Blütenmeristemen von einem von CLAVATA3 (CLV3) und WUSCHEL (WUS) gebildeten negativen Rückkupplungskreislauf kontrolliert. CLV3 kodiert ein kleines sekretiertes Protein, das in den Stammzellen an der Spitze der Meristeme exprimiert wird und als putativer Ligand über die Rezeptoren CLV1 und CLV2 die WUS-Expression negativ reguliert. Der Transkriptionsfaktor WUS wird dagegen unterhalb der Stammzellen exprimiert und verhindert nicht-zellautonom die Differenzierung der CLV3-exprimierenden Stammzellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Aspekten der CLV3-Signaltransduktion: Die Regulation der CLV3-Expression durch den Transkriptionsfaktor DORNRÖSCHEN (DRN), die Analyse der Dynamik des CLV3/WUS-Regelkreises und der Identifizierung und Charakterisierung neuer Komponenten des CLV-Signalwegs. Die Expressionsdomänen von DRN und CLV3 überschneiden sich weitgehend. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die induzierte ubiquitäre Überexpression von DRN zu einer Erhöhung der CLV3-Expression, ausschließlich in den Stammzellen, führt. Da es zu keiner Ausdehnung der CLV3-Expression kommt, benötigt DRN weitere Faktoren, um CLV3 aktivieren zu können. Die langfristige Überexpression von DRN bewirkt eine radikale Umgestaltung des Meristems, die weitgehend auf der Inhibition der Zellstreckung, die ein Merkmal der Differenzierung ist, beruht. Die Ergebnisse der Suche nach weiteren DRN-Zielgenen legen nahe, dass DRN über die Inhibition der Synthese des zellstreckungsfördernden Phytohormons Jasmonsäure zum Erhalt der Stammzellpopulation beitragen könnte. Um die Dynamik des CLV3/WUS-Regelkreises zu untersuchen, wurde während der Entwicklung die CLV3-Expression in den Stammzellen erhöht. Wie vom Modell vorhergesagt kommt es zu schnellen Verlust der WUS- und endogenen CLV3-Expression in den Spross- und den Blütenmeristemen. Diese Abregulation erfolgt weit schneller als die durch veränderte Zellstreckungs- und Zellteilungsmuster verursachten morphologischen Veränderungen der Meristeme. In den während der erhöhten CLV3-Expression neu entstehenden Meristemen kommt es jedoch zur Restauration der WUS-Expression, was die Existenz eines Kompensationsmechanismus nahe legt. Die Weiterleitung des CLV3-Signals ist abhängig von der Funktion der Komponenten des CLV3-Signalweges. Daher wurde zielgerichtet mittels einer Suppressormutagenese der CLV3-Überexpression nach neuen Komponenten gesucht. Die Effizienz dieser Durchmusterung wurde durch das Auffinden mehrerer clv1- und clv2-Mutanten bestätigt. Eine weitere isolierte Suppressormutante, coryne (crn), zeigt alle Merkmale einer clv-Mutante, einschlieβlich der durch Stammzellakkumulation vergröβerte Meristeme. CRN kodiert eine Rezeptorkinase ohne Rezeptordomäne, CLV2 dagegen einen LRR-Rezeptor ohne Kinasedomäne. Beide Proteine könnten somit eine heterodimere LRR-Rezeptorkinase bilden. Durch die Analyse von Doppelmutanten konnte CRN in den CLV-Signalweg eingeordnet werden. Demnach wird das WUS-reprimierende CLV3-Signal über zwei getrennte Signalwege weitergeleitet, wobei der eine CLV1 und der andere CRN und CLV2 beinhaltet. Most organs of higher plants develop postembryonically on the flanks of their apical meristems which contain pools of totipotent stem cells. The organ neogenesis is dependent of a balance between maintenance and differentiation of stem cells. In Arabidopsis, stem cell fate in the shoot apical and floral meristems is controlled by a negative feedback loop that includes CLAVATA3 (CLV3) and WUSCHEL (WUS). CLV3 encodes a small secreted protein that is expressed in the stem cells on the tip of the meristems. The putative CLV3 ligand limited the expression of WUS via the receptors CLV1 and CLV2. However, the transcription factor WUS is expressed underneath the stem cells and prevents non cell autonomously the differentiation of the CLV3 expressing stem cells. This thesis deals with three aspects of CLV3 signal transduction: The control of CLV3 expression by the transcription factor DORNRÖSCHEN (DRN), the analyze of the dynamic of CLV3/WUS feedback loop and the identification and characterization of new components of the CLV signal pathway. The expression domains of DRN and CLV3 overlap mainly. In this thesis it could be shown that the induced ubiquitous overexpression of DRN results in an increase of CLV3 expression, exclusive in the stem cells. Since there is no expansion of the CLV3 expression, DRN needs other factors to activate CLV3. The long-term overexpression of DRN results in a radical reorganisation of the meristem. This based mainly on the inhibition of cell expansion, which is a criteria of differentiation. The results of the search for further DRN target genes suggest that DRN could cause maintenance of the stem cell population via the inhibition of the synthesis of the cell expansion providing phytohormone jasmonat. To test the dynamic of the CLV3/WUS feedback loop, the CLV3 expression was increased in the stem cells during development. As from the model predicted, the shoot apical and floral meristems loose the WUS and endogenous CLV3 expression rapidly. This downregulation is faster than the morphological changes through alteration in cell expansion and cell division patterns. In the arising meristems during higher CLV3 expression, the WUS expression can restore. This implicated the existence of a mechanism of compensation. The signal transduction of CLV3 depends on the function of the components of the CLV3 signal pathway. Therefore new components were purposeful searched by a suppressor screen of CLV3 overexpression. The efficiency of the screen was confirmed by the finding of several clv1 and clv2 mutants. Another isolated suppressor mutant, coryne (crn), presents all characteristics of clv mutants, including bigger meristems through stem cell accumulation. CRN encodes a receptor-kinase without receptor domain and CLV2 encodes a LRR-receptor with kinase-domain. Hence both proteins could build a heterodimeric LRR-receptor-kinase. Based on the analyses of double mutants CRN could integrate in the CLV signal pathway. Therefore the WUS repressing CLV3 signal is transmitted via two distinguished signal pathways, one of them containing CLV1 and the other one CRN and CLV2.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	06.07.2007
Dateien geändert am:	06.07.2007
Promotionsantrag am:	09.05.2007
Datum der Promotion:	15.06.2007