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How to bridle a homeodomain protein
characterisation of At KNB36 and At MPB2C
Gregor Kollwig
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Friedrich Kragler
DOI
10.25365/thesis.10590
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30000.69916.396665-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Selektiver, gerichteter Transport von Proteinen zwischen pflanzlichen Zellen erfolgt über symplasmische Verbindungungen, die Plasmodesmata. Die Präsenz von bestimmten Proteinen wie zum Beispiel den Homöotischen Transkriptionsfaktoren Zm KNOTTED1 (KN1) und At SHOOTMERISTMLESS (STM), ist maßgeblich für die korrekte Entwicklung und Aufrechterhaltung der unterschlichen Gewebe und definiert somit die Gestaltbildung der Pflanze. Einige dieser Faktoren können den symplasmischen Transportweg via Plasmodesmata nutzen um in benachbarte Zellen zu gelangen. Um eine korrekte Differenzierung und räumliche Anordnung der unterschiedlichen Gewebe zu gewährleisten, muß die Pflanze diesen Transport strikt regulieren.
KN1 aus Zea Mays, wie auch das homologe Protein STM aus Arabidopsis thaliana, sind essentiell für die Entwicklung und Aufrechterhaltung des Apikalmeristems, einem Reservoir von Stammzellen aus welchen jedes neue Organ hervorgebracht wird. In dieser Arbeit werden die Proteine At KNB36 und At MPB2C und ihr regulatives Potential in Bezug auf KN1 und STM charakterisiert.
Hierfür wurden transgene GUS-Reporterlinien etabliert welche die gewebespezifische Expression von MPB2C und KNB36 in Arabidopsis reflektieren. Anschließend wurden die resultierenden Expressionsmuster mit jenen von KN1 und STM verglichen, um die Frage zu beantworten ob die Gewebespezifität in planta korreliert. Wie KN1/STM werden auch KNB36 und MPB2C in Meristemen bzw deren Peripherie exprimiert. Um zu untersuchen, ob die so gefundene Korrelation der Expressionsmuster auch eine Kolokalisation der Proteine auf subzellulärer Ebene zur Folge hat, wurden transgene Pflanzenlinien generiert in welchen jeweils MPB2C-GFP/TAP oder KNB36-RFP/GFP/TAP überexprimiert werden. Konfokalmikroskopische Analysen zeigten KNB36-GFP/RFP als zellkern-lokalisiertes, und verifizierten MPB2C-GFP als cytoplasmisches, mikrotubuli-assoziertes Fusionsprotein. KN1-GFP/RFP Fusionsproteine welche in diesen Pflanzen transient überexprimiert wurden zeigten hier Colokalisation mit KNB36 im Nucleus und ebenfalls mit MPB2C an den Microtubuli.
Um eine Interaktion zwischen den untersuchten Proteinen und Homeodomän Transkriptionsfaktoren dezidiert zu verifizieren und deren Natur aufzuklären, wurden die MPB2C- und KNB36- fusionskonstrukte in einer trichomdefizienten Linie etabliert.
In dieser Linie fungiert eine KN1-domaine als zentrales Element für ein transport-abhängiges Phenotyp-komplementationsystem.
Durch statistische Trichomenerfassung und Konfokalmikroskopie konnte bewiesen werden, daß MPB2C KN1 bindet und an den Mikrotubuli arretiert. KNB36 hingegen, scheint den Abbau von KN1 zu induzieren.
Da KNB36 selbst KN1 nicht binden kann, postulieren wir die Bildung eines trimeren Komplexes aus KNB36, MPB2C und KN1/STM. Das Kalkül dieser These äußert sich in der Wildtyppflanze dahingehend daß MPB2C Homöotische Proteine, wie KN1 und STM, welche über die Ränder des Meristems hinaustransportiert werden, an den Mikrotubuli arretiert, wo, nach Bildung eines trimeren Komplexes, ihre Degradation durch KNB36 eingeleitet wird.
Abstract
(Englisch)
In plants, selective cell-to-cell transport of proteins is provided by the symplasmic pathway, the plasmodesmata. The presence of specific proteins, like the homeodomain transcription factors Zm KNOTTED1 (KN1) and At SHOOTMERISTEMLES (STM), is required for correct development and maintenance of different tissues and therefore essential for plant morphology.
Some distinct homeodomain proteins are able to use the symplasmic pathway via plasmodesmata to move into adjacent cells. To assure correct organ differentiation and spatial arrangement of organs, transport of these factors is strictly regulated.
KN1 from Zea Mays and its homolog STM from Arabidopsis thaliana are essential for development and maintenance of the shoot apical meristem, a pool of stem cells which represents the origin of new organs. This work is about the characterization of the proteins At KNB36 and At MPB2C and their regulative potential regarding KN1 and STM. To examine tissue specific expression of MPB2C and KNB36 in Arabidopsis, transgenic GUS-reporterlines were established. Subsequently the resulting expression patterns were compared to those of KN1 and STM to examine tissue specific correlations in planta. Like KN1/STM, KNB36 and MPB2C are expressed within, respectively around meristems. Transgenic lines expressing MPB2C-GFP/TAP and KNB36-RFP/GFP/TAP were established to find out if the proteins also colocalize on a subcelluar level. Confocal microscopy revealed KNB36-GFP/RFP as a nucleus localized protein and verifies MPB2C in the cytoplasm, associated with microtubules. For close investigations of the interaction between the investigated proteins and homeodomain transcription factors, MPB2C and KNB36 fusion proteins were established in a transgenic trichome rescue line. In this line, phenotypic complementation is facilitated through the transport of the KN1 homeodomain. Statistical aquisition of trichome numbers as well as microscopy analysis showed that MPB2C arrests KN1 at the microtubules. Furthermore, KNB36 seems to trigger degradation of KN1. Because KNB36 is not able to interact with the KN1 homeodomain, we predict the formation of a trimeric complex composed of KNB36, MPB2C and KN1/STM.
In summary, homeodomain proteins like KN1 and STM are transported beyond meristematic borders where MPB2C arrests them at the microtubules, followed by KNB36 dependend degradation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Plant organism symplasmic transport plasmodesmata homeodomain protein regulation KNB36 MPB2C KN1 STM
Schlagwörter
(Deutsch)
Pflanzlicher Organismus symplasmischer Transport Plasmodesmata Regulation von homöotischen Proteinen KNB36 MPB2C KN1 STM
Autor*innen
Gregor Kollwig
Haupttitel (Englisch)
How to bridle a homeodomain protein
Hauptuntertitel (Englisch)
characterisation of At KNB36 and At MPB2C
Paralleltitel (Deutsch)
Wie man ein homöotisches Protein im Zaum hält ; Charakterisierung von At KNB36 und At MPB2C
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
141 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Friedrich Kragler
Klassifikation
42 Biologie > 42.43 Pflanzengenetik
AC Nummer
AC08286637
Utheses ID
9562
Studienkennzahl
UA | 441 | | |