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Arabidopis thaliana Proteinkinase ASKΘ als negativer Regulator der Brassinosteroid- und Stress-Signaltransduktion

Juliane Mayerhofer

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Claudia Jonak

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URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29743.61144.793262-0

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Brassinosteroide (BRe) sind eine Gruppe von Pflanzenhormonen, die eine Reihe von zellulären Prozessen regulieren. Besonders bei der Steuerung von Entwicklungsprozessen wie Zellteilung und Differenzierung spielen sie eine wichtige Rolle. Glykogensynthase Kinase 3 (GSK3)-ähnliche Kinasen sind essentielle Komponenten der BR-Signaltransduktion. Es wurde bereits gezeigt, dass drei Arabidopsis GSK3en in die BR-Signaltransduktion involviert sind, jedoch weisen neuere Erkenntnisse auf eine Beteiligung zusätzlicher GSK3en hin. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ASKθ als neue Komponente der BR-Signaltransduktionskaskade identifiziert. Biochemische und genetische Daten positionieren ASKθ in der Signaltransduktionskaskade nach dem BR-Rezeptor BRI1, als Regulator des Trankriptionsfaktors BEH2. Weiters wurde gezeigt, dass BRe die Entwicklung von Spaltöffnungen beeinflussen, indem sie die Aktivität des Transkriptionsfaktors SPCH mittels Phosphorylierung durch BIN2 regulieren. Wissenschaftliche Untersuchungen weisen vermehrt darauf hin, dass GSK3en eine bedeutende Rolle in der Regulation der Stresstoleranz von Pflanzen spielen. Hier werden Daten präsentiert, die zeigen, dass ASKθ an der Stresssignaltransduktion beteiligt ist. Pflanzen, die ASKθ überexprimieren, reagieren hypersensitiv auf Salzstress. Diese Hypersensitivität kann durch Zugabe von ABA gemildert werden. Außerdem wird die endogene Aktivität von ASKθ negativ von ABA und Salz reguliert. Genomweite Genexpressionsanalysen in Arabidopis zeigen, dass eine Überexpression von ASKθ zur Fehlregulation einer signifikanten Anzahl von Salzstress-induzierbaren Genen führt. Interessanterweise zeigt diese Studie, dass die Aktivierung einiger Stress-regulierter Transkriptionsfaktoren, so wie die Aktivierung von Komponenten der Ethylensignaltransduktion, in ASKθ Überexprimierern gestört ist. Zusätzlich werden Daten gezeigt, die BR-Signalkomponenten mit der Licht-induzierten Anthocyanakkumulation in Verbindung bringen. Zur Untersuchung von Signaltransduktionswegen werden Inhibitoren als wichtige Werkzeuge eingesetzt. Der erste spezifische ASK Inhibitor, der identifiziert wurde, war Bikinin. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Bikininderivate mit verbesserter Wirkung und Zellpermeabilität isoliert und charakterisiert. Diese Substanzen könnten in Zukunft zu einem bessern Verständnis der Rolle von ASKs in Signaltransduktionwegen beitragen. Insgesamt untermauern die molekularen, biochemischen und physiologischen Daten, die in dieser Arbeit gezeigt werden, die entscheidende Funktion von BRen in Entwicklungsprozessen und zeigen die Bedeutung von BR-Signalkomponenten für die Stresstoleranz von Pflanzen.

Abstract

(Englisch)

Brassinosteroids (BRs) are a class of plant hormones involved in multiple cellular processes including cell elongation, vascular differentiation, and reproductive development. Glycogen synthase kinase 3 (GSK3)-like kinases are critical components of cellular signalling in response to BRs. Three Arabidopsis GSK3s have already been shown to be related to BR signalling. However, several lines of evidence suggested that more GSK3-like kinases are involved in BR signal transduction. In this thesis, data are presented that identify ASKθ as a novel component involved in the BR signalling cascade. Biochemical and genetic data place ASKθ downstream of the BR receptor BRI1, phosphorylating the transcription factor BEH2. Moreover, evidence is provided that suggests BRs as positive regulators of stomatal development by regulating the activity of the transcription factor SPCH through BIN2 phosphorylation. In addition to regulating growth and developmental processes, BRs have also been implicated in modulating stress tolerance. Here, data are presented suggesting that ASKθ functions in stress tolerance. Plants overexpressing ASKθ were hypersensitive to high salt conditions. Salt hypersensitivity of ASKθ overexpressors could be rescued by ABA. Moreover, endogenous ASKθ kinase activity was negatively regulated by salt and ABA in wild-type plants. Global gene expression analysis of ASKθ overexpressing plants showed mis-regulation of a significant number of stress-inducible genes. Interestingly, salt stress induction of several stress-related transcription factors, and of ethylene signalling components, was impaired in ASKθ overexpressing plants. Also, data are presented connecting BR signalling components with light-induced anthocyanin accumulation. Protein inhibitors are powerful tools for the investigation of signalling pathways. Bikinin was the first inhibitor specific for ASKs to be identified, and will therefore be a valuable means to further analyse BR signalling. Here, isolation and characterisation of novel bikinin derivatives with increased potency and cell permeability are presented. Overall, this thesis presents molecular, biochemical, and physiological data that strengthen the crucial role of BRs in developmental processes and stress signalling.

Autor*innen

Juliane Mayerhofer

Haupttitel (Englisch)

Arabidopis thaliana Proteinkinase ASKΘ als negativer Regulator der Brassinosteroid- und Stress-Signaltransduktion

Paralleltitel (Englisch)

Arabidopis thaliana protein kinase ASKΘ acts as a negative regulator of brassinosteroid and stress signalling

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

254 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Marie-Theres Hauser ,

Markus Teige

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC08940998

Utheses ID

15594

Studienkennzahl

UA | 091 | 490 | |

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