Dokument: Identification of Cis- and Trans-Regulatory Factors Controlling the Expression of the C4 Phosphoenolpyruvate Carboxylase Gene of the C4 Dicot Flaveria trinervia

Titel:	Identification of Cis- and Trans-Regulatory Factors Controlling the Expression of the C4 Phosphoenolpyruvate Carboxylase Gene of the C4 Dicot Flaveria trinervia
Weiterer Titel:	Identifizierung cis- und trans-regulatorischer Faktoren die die Expression der Phosphoenolpyruvatcarboxylase aus der C4-dikotylen Pflanze Flaveria trinervia kontrollieren
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=5870
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070927-113154-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Akyildiz, Meryem [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 60,32 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.09.2007 / geändert 27.09.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Westhoff, Peter [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter]
Stichwörter:	Flaveria; cis-regulatorische Elemente; trans-regulatorische Elemente; C4-Photosynthese; Phosphoenolpyruvatcarboxylase
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Zusammenfassung C4-Pflanzen haben sich mehrmals unabhängig voneinander aus C3-Pflanzen entwickelt. Im Verlaufe dieser Evolution zur C4-Photosynthese wurden unter anderem die Expressionsmuster der involvierten Gene verändert. Die Phosphoenolpyruvat Carboxylase (PEPC) ist in Blättern von C4-Pflanzen deutlich höher exprimiert als in Blättern von C3-Pflanzen. Die C4-Photosynthese zeichnet sich durch eine arbeitsteilige Organisation zwischen Mesophyll- und Bündelscheidenzellen aus. Die Expression des C4 Enzyms ist auf Mesophyllzellen beschränkt während das orthologe C3 Enzym aus F. pringlei keine zellspezifische Expression aufweist. Cis-regulatorische Determinanten, die eine mesophyll-spezifische Expression des PEPC Gens bewirken, konnten einem 41 bp langen Segment im distalen ppcA-Promotor zugeordnet werden. Dieses Element wurde MEM1 für „mesophyll expression module 1“ benannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist das Interesse auf die beteiligten cis- und trans-regulatorischen Faktoren gerichtet, die die differentielle Expression des PEPC-Gens (ppcA) in der Gattung Flaveria steuern. Da in dieser Gattung neben C3-, C4- auch C3-C4 intermediäre Pflanzen existieren, war eine vergleichende Analyse von orthologen Genen möglich. Das im distalen Promotor des ppcA-Gens aus F. trinervia identifizierte MEM1 Element, welches in Fusion mit dem proximalen Bereich für eine mesophyll-spezifische Expression ausreicht, wurde mittels Promotor-GUS-Reportergen-Experimenten eingehend untersucht. Eine vergleichende Sequenzanalyse der MEM1 Elemente aus F. trinervia (C4) und aus F. pringlei (C3) zeigte, dass sich die beiden orthologen Elemente in drei wesentlichen Punkten unterscheiden. Erstens, das A- und B-Submodul des C4 MEM1 Elementes grenzen einander, während beim C3 MEM1 Element beide Submodule durch eine Insertion von etwa 100 bp getrennt sind. Zweitens, die erste Base im A-Submodul zeichnet sich durch ein Adenin (C3) zu Guanin (C4) Austausch aus und drittens, im B-Submodul unterscheidet sich das C4 vom C3 MEM1 Element durch eine Insertion von vier Basenpaaren. Für die mesophyll-spezifische Expression müssen beide MEM1-Submodule im C4-Status vorhanden sein, und wird durch eine Trennung beider MEM1-Submodule nicht beeinflusst. Das MEM1 Element des ppcA Gens aus F. trinervia hat eine duale Funktion, es erhöht die Expression in Mesophyllzellen und verhält sich wie ein Repressor-Element das eine Expression in den Bündelscheidenzellen und im vaskulären Gefäßsystem verhindert. Bei der Suche nach trans-regulatorischen Faktoren, die spezifisch an das MEM1 Element des ppcA-Gens aus F. trinervia binden, wurden drei verschiedene bZIP Proteine, FtbZIP18, 29 und 51, identifiziert die eine große Ähnlichkeit zu den bZIP Proteinen der Gruppe I aus A. thaliana aufweisen. In vivo Bindungsstudien im Hefesystem zeigten, dass die FtbZIP Proteine mit dem C4 MEM1 Element jedoch nicht mit dem orthologen C3 MEM1 Element interagieren. Folgende in vitro Protein-DNA Interaktionsstudien offenbarten jedoch, dass die FtbZIP Proteine in der Lage sind mit vergleichbarer Affinität an ein MEM1 Element des C4- und C3-Typs zu binden. Diese Interaktion der FtbZIP Proteine mit C4 und C3 MEM1 Elementen in vitro, die im Widerspruch mit der in vivo-Situation steht, deutet darauf hin, dass mindestens ein weiterer unbekannter Faktor involviert sein muss. Es wird angenommen, dass dieser unbekannte, von der Hefe stammende, Faktor für die unterschiedliche Interaktion von FtbZIP Proteinen an C4 und C3 MEM1 Elementen im Hefe Ein-Hybrid System verantwortlich ist. Summary C4 plants evolved independently several times from C3 ancestor species. During this evolution towards C4 photosynthesis the expression programme of the involved genes had to be changed. C4 photosynthesis is characterized by a division of labour between two different photosynthetic cell types, mesophyll and bundle-sheath cells. The key enzyme of C4 photosynthesis, the phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), is expressed at high levels in leaves but only in mesophyll cells, while the C3 PEPC gene is expressed at low levels with no apparent cell or organ specificity. Mesophyll expression determinants had been restricted to a 41 bp segment in the distal promoter of the PEPC gene, referred to as mesophyll expression module 1 (MEM1). In the present PHD-thesis the focus is directed towards the cis- and trans-regulatory factors by which the differential expression of the PEPC gene (ppcA) in the genus Flaveria is ensured. This genus contains C3, C4 and a large number of C3-C4 intermediate species which allow a comparative analysis of ortholog ppcA genes of plants that differ in their photosynthetic traits. The identified MEM1 element in the 5' distal region of the C4 ppcA gene of F. trinervia which is responsible for the mesophyll-specific gene expression was analysed in detail via promoter-GUS reporter gene experiments. A comparison of this C4 MEM1 element with that of the C3 plant F. pringlei revealed that both differ in three points. First, the A- and B-submodule of the C4 MEM1 are contiguous whereas in the C3 MEM1 they are separated by an insertion of about 100 bp. Secondly, the first nucleotide in the A-submodule is characterized by an adenine (C3) to guanine (C4) exchange and the third difference is related to the tetranucleotide CACT that is only present in the B-submodule of the C4 MEM1. For mesophyll specificity both MEM1-submodules have to be present in the C4-specific status. The C4 MEM1 of F. trinervia enhances mesophyll expression and concomitantly represses expression in the bundle-sheath cells and vascular bundles. The separation of both MEM1 modules by an insertion does not affect its mesophyll-specific expression. A search for F. trinervia MEM1 corresponding interacting proteins resulted in the identification of three different bZIP proteins, FtbZIP18, 29 and 51, which are highly similar to the A. thaliana group I bZIP proteins. Yeast one-hybrid analyses revealed that the FtbZIP proteins interact with C4-type but not with C3-type MEM1 elements. However, in vitro protein-DNA interaction studies showed that the FtbZIP proteins physically bind to the C4 and C3 MEM1 with no difference in binding affinity. This contrasting interaction behaviour of the FtbZIP proteins with MEM1 in vitro, compared to the in vivo situation in the yeast´s nucleus, suggests the involvement of additional factor(s). This unknown factor(s), which is already present in yeast, may be responsible for the observed differentiation of the FtbZIP proteins between a C4- and a C3-type MEM1 in the yeast system.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	27.09.2007
Dateien geändert am:	27.09.2007
Promotionsantrag am:	24.08.2007
Datum der Promotion:	24.09.2007