Dokument: Molecular Evolution of Gene Expression and Protein Function in the Genera Flaveria (Asteraceae) and Alternanthera (Amaranthaceae): Phosphoenolpyruvate Carboxylase and Glycine Decarboxylase

Titel:	Molecular Evolution of Gene Expression and Protein Function in the Genera Flaveria (Asteraceae) and Alternanthera (Amaranthaceae): Phosphoenolpyruvate Carboxylase and Glycine Decarboxylase
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7008
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080225-084306-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Engelmann, Sascha [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,24 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.02.2008 / geändert 18.02.2008
Beitragende:	Prof. Dr. Westhoff, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die C4 Photosynthese erfordert eine strikte Kompartimentierung der beteiligten Enzyme in Mesophyll- oder Bündelscheidenzellen. Im Rahmen dieser Arbeit sollten die molekularen Grundlagen mesophyll- und bündelscheidenspezifischer Genexpression untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden die ppcA1- und GLDPA-Gene aus Flaveria trinervia analysiert. Das ppcA1-Gen aus F. trinervia kodiert die C4-Isoform der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC) und wird ausschließlich im Mesophyll des Blattes exprimiert. Aus früheren Studien ist bekannt, daß der 2188 bp umfassende ppcA1-Promotor alle notwendigen Informationen für eine hohe, mesophyllspezifische Expression eines GUS-Reportergens in transgenen F. bidentis-Pflanzen (C4) besitzt. Hierbei konnten die C4-spezifischen cis-regulatorischen Sequenzen auf eine distale Promotorregion (DR) von –1566 bis –2141 und eine proximale Region (PR) zwischen –1 und –570 eingegrenzt werden. Die DR enthält das 41-bp Modul MEM1, welches dem Promotor Mesophyll-Spezifität verleiht, wogegen die Quantitätselemente für die hohe Expression in der PR zu liegen scheinen. In der vorliegenden Arbeit konnte die Existenz dieser Quantitätselemente in der PR nachgewiesen werden, und durch das Entfernen einer potentiellen Transkriptionsfaktor-Bindestelle in der PR konnte gezeigt werden daß die Zinkfinger-Homöoboxproteine FtHB1 bis FtHB4 – welche in vitro spezifisch mit der PR interagieren – nicht an der Kontrolle der ppcA1-Expressionsstärke beteiligt sind. Das GLDPA-Gen aus F. trinervia kodiert die P-Unterheit der Glycin-Decarboxylase (GDC). Eine Funktionsanalyse des 1571 bp umfassenden GLDPA-Promotors wurde in transgenen F. bidentis und Arabidopsis thaliana durchgeführt. Eine bündelscheiden-präferentielle Aktivität des Promotors konnte in beiden Spezies beobachtet werden, und mit Hilfe von Promotor-Deletionsstudien in Arabidopsis konnten drei Regionen innerhalb des GLDPA-Promotors identifiziert werden, die eine Rolle bei der Regulation der Expressions-stärke oder Zellspezifität spielen. C4-Enzyme weisen oft andere kinetische und regulatorische Eigenschaften als ihre nicht-photosynthetischen Isozyme auf. Die C4-Isoformen der PEPC zeichnen sich durch eine geringe Affinität zum Substrat Phosphoenolpyruvat (PEP), eine hohe Aktivierbarkeit durch Glukose-6-Phosphat und eine hohe Malattoleranz aus. In dieser Arbeit wurden die enzymatischen Kenngrößen der ppcA-PEPC aus Alternanthera pungens (C4), A. tenella (C3-C4) und A. sessilis (C3) bestimmt. Die ppcA-PEPC aus A. pungens konnte als typische C4-PEPC klassifiziert werden (hoher K0,5-PEP, starke Aktivierbarkeit durch Glukose-6-Phosphat), wogegen die ppcA-Enzyme aus A. tenella und A. sessilis C3-typische Eigenschaften aufwiesen. C4 photosynthesis depends upon the strict compartmentalization of the participating enzymes into either mesophyll- or bundle-sheath cells of the leaf. In this study, the molecular basis of mesophyll- and bundle-sheath-specific gene expression was investigated. The ppcA1 and GLDPA genes from the C4 species Flaveria trinervia were chosen for this analysis. The ppcA1 gene of F. trinervia encodes the photosynthetic C4 isoform of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and is exclusively expressed in the leaf mesophyll. From previous work it is known that the 2188 bp comprising promoter of the ppcA1 gene harbours all the necessary information for a high and mesophyll-specific expression of a GUS reporter gene in transgenic F. bidentis (C4), and the C4-specific cis-regulatory determinants could be restricted to a distal promoter region (DR) from –1566 to –2141 and a proximal region (PR) from –1 to –570. The DR contains the 41-bp module MEM1 that confers mesophyll-specificity to the promoter, while the quantity elements for a high transcriptional activity were thought to be located in the PR. In the present thesis, the existence of quantity determinants in the PR could be confirmed, and by deleting a potential transcription factor binding site from the PR it could be shown that the zinc-finger homeobox proteins FtHB1 to FtHB4 – which specifically interact with the C4 PR in vitro – are not involved in the control of ppcA1 expression levels. The GLDPA gene of F. trinervia encodes the P-subunit of the photorespiratory enzyme glycine decarboxylase (GDC). A functional analysis of the 1571 bp comprising GLDPA promoter of F. trinervia was performed in transgenic F. bidentis (C4) and Arabidopsis thaliana (C3). A bundle-sheath-preferential activity of the GLDPA promoter was observed in both species, and promoter deletion experiments in transgenic Arabidopsis identified three regions within the promoter that play a role in the regulation of expression quantity or cell specificity. C4 cycle enzymes often exhibit different kinetic and regulatory properties compared to their non-photosynthetic isozymes. C4 isoforms of PEPC are characterized by a low affinity to the substrate phosphoenolpyruvate (PEP), a strong activation by glucose-6-phosphate and a high tolerance towards L-malate. In this study, the enzymatic properties of the ppcA PEPCs from Alternanthera pungens (C4), A. tenella (C3-C4) and A. sessilis (C3) were examined. The ppcA PEPC from A. pungens could be characterized as a typical C4 PEPC (high K0,5-PEP, strong activation by glucose-6-phosphate), whereas the enzymatic characteristics of the ppcA enzymes from both A. tenella and A. sessilis could be regarded as C3-specific.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	18.02.2008
Dateien geändert am:	18.02.2008
Promotionsantrag am:	12.11.2007
Datum der Promotion:	20.12.2007