Dokument: Identification and characterization of light-responsive cis-acting elements in nuclear promoters of Arabidopsis thaliana

Titel:	Identification and characterization of light-responsive cis-acting elements in nuclear promoters of Arabidopsis thaliana
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=21735
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120709-111623-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Mellenthin, Marina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,96 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.06.2012 / geändert 26.06.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Baier, Margarete [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter]
Stichwörter:	SIG5, Blue light, Red light, cis-element, light-sensitive, Enhancer Trap
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Pflanzen passen ihre Entwicklung und ihren Metabolismus kontinuierlich an sich verändernde Lichtbedingungen an. In dieser Arbeit wurden mittels Arabidopsis thaliana Enhancer Trap Linien neue, lichtregulierte Elemente in pflanzlichen Promotoren identifiziert und charakterisiert. Es wurden Enhancer Trap Linien bestimmt, in welchen die Reportergenaktivität mit der Lichtintensität korreliert. Das Enhancer Trap Konstrukt der Linie N9313 ist im Promoter von SIG5 inseriert. Dieser Sigma-Faktor kontrolliert die lichtabhängige Transkription des plastidären psbD, welches das D2 Protein von Photosystem II kodiert. Im Promoter von SIG5 wurden mehrere Regionen identifiziert, die in Abhängigkeit von Blaulicht und von Rot-/Dunkelrotlicht reguliert werden. Im proximalen Promoter, zwischen der T-DNA Insertion und dem Translationsstart von SIG5, befinden sich die primären Blaulicht-sensitiven Elemente in einer 196-bp Sequenz, zwischen Nukleotid 887 und -691, relativ zum Translationsstart von SIG5. Die proximale Blaulichtantwort von SIG5 kann zusätzlich von Elementen im distalen Promoter (-2000 bis 1198 bp) moduliert werden. Die Photorezeptoren cry1, cry2 und phyB vermitteln die Blaulichtinduktion der SIG5 Transkription. Rot-/Dunkelrotlicht beeinflusst die Transkription über mehrere Bereiche des SIG5 Promoters, von Nukleotid -2000 bis zu -551. PhyB ist verantwortlich für die Induktion der SIG5 Transkription im Rotlicht, während die volle Dunkelrotlicht-Sensitivität zusätzlich phyA erfordert. Im distalen SIG5 Promoter wurde eine G-Box identifiziert, deren Sensitivität gegenüber Licht mittels zielgerichteter Mutagenese gezeigt werden konnte. Die lichtabhängige Expression von SIG5 wird zudem kontrolliert von HY5 und COP1. Diese Ergebnisse lassen schlussfolgern, dass durch die Regulation der SIG5 Transkription die psbD Expression mit anderen Blaulicht- und Rot-/Dunkelrotlicht-Signalen koordiniert wird. Die lichtabhängige SIG5 Transkription wird nicht nur von Photorezeptoren, sondern parallel auch direkt von der Photosynthese reguliert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Redox-Status des plastidären Plastochinon-Pools als Regulator der Initiation der Transkription vom distalen und vom proximalen SIG5 Promoter aus fungiert. Zudem moduliert die Verfügbarkeit von Saccharose, dem Endprodukt der Photosynthese, die Initiation der Transkription vom distalen SIG5 Promoter aus. Es konnte gezeigt werden, dass auch abiotischer Stress einen Einfluss auf die SIG5 Transkriptionsinitiationsrate hat. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die SIG5 Transkription als Integrationspunkt mehrerer Signaltransduktionswege fungiert. Die verschiedenen regulatorischen Bereiche des SIG5 Promoters reflektieren die Komplexität der verschiedenen Signale und integrieren die Lichtwahrnehmung mittels Photorezeptoren mit retrograden Signalen und oxidativem Stress. Enhancer trap lines were used to identify and characterize light-regulated cis-acting elements in nuclear promoters of Arabidopsis thaliana. The GFP fluorescence of enhancer trap line N9313 correlated in a screen for reporter gene expression with light intensity during growth. N9313 carries a single T-DNA, inserted in the promoter of SIG5. SIG5 controls the expression of the D2 protein of photosystem II (psbD). Characterization of the enhancer trap line N9313 demonstrated that SIG5 expression responds to blue- and red/far-red light via multiple promoter elements. The blue light sensitivity is predominantly located within a 196 bp region of the proximal SIG5 promoter (-887 to -691 bp). Its overall regulation is slightly affected by the blue light inducibility of the distal SIG5 promoter (-2000 to 1198 bp). The blue light response of SIG5 depends on the photoreceptors cryptochrome 1, cryptochrome 2 and phytochrome B. Multiple red/far-red light responsive elements are located between -2000 and -551 bp relative to the SIG5 CDS. The far-red light response is phytochrome A and phytochrome B dependent, while the red light response is more specifically controlled by phytochrome B. A distal light controlled G-box was identified and proofed by site-directed mutagenesis. The blue and red light signal transduction is controlled by HY5 in a COP1-dependent manner. The presented data show that expression of psbD is coordinated with many other blue light and red/far-red light responses via regulation of nuclear SIG5 transcription. In addition to the photoreceptor pathways, SIG5 transcription is shown to be controlled more directly by photosynthesis. The data indicate that SIG5 transcription is influenced by the redox status of the plastid plastoquinone pool, independently from the applied light quality, with transcription initiation being modulated from the distal as well as the proximal SIG5 promoter. In addition to retrograde signaling, photosynthesis may modulate SIG5 transcription via its end-product: Exogenously applied sucrose is regulating the transcription initiation from the distal SIG5 promoter. Also abiotic stress, like the combination of light and cold, is modulating the transcription initiation from the distal as well as from the proximal SIG5 promoter. It is hypothesized that SIG5 expression is coordinated with photosynthetic efficiency and functions as integration point of multiple regulatory signals. The multiple light-responsive regions of the SIG5 promoter are integrating photoreceptor signaling with retrograde signaling and oxidative stress, to maintain efficient photosynthesis.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Botanik
Dokument erstellt am:	09.07.2012
Dateien geändert am:	09.07.2012
Promotionsantrag am:	22.05.2012
Datum der Promotion:	22.06.2012