Universität zu Köln

Studien zur Rolle von Blind-homologen MYB-Genen bei der Anlage von Achselmeristemen in Arabidopsis thaliana

Müller, Dörte (2005) Studien zur Rolle von Blind-homologen MYB-Genen bei der Anlage von Achselmeristemen in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Zusammenfassung Mit dem R2R3-MYB-Gen Blind aus Tomate wurde ein Faktor beschrieben, der die Anlage von Achselmeristemen reguliert (Schmitz et al, 2002). Im Arabidopsis thaliana-Genom gibt es eine Untergruppe von sechs R2R3-MYB-Genen, die homolog zu Blind sind und die innerhalb der MYB-Domäne 76% bis 86% Identität in der Aminosäuresequenz aufweisen. Ziel dieser Arbeit war es, eine dem Blind-Faktor aus Tomate entsprechende Funktion in Arabidopsis zu identifizieren. In mehreren Screenings von Insertions-Populationen wurden für die Hälfte der Mitglieder der Blind-homologen Untergruppe − MYB37, MYB38 sowie MYB84 − Knock-out-Linien identifiziert. Diese mutanten Allele wurden sowohl einzeln als auch in jeder möglichen Kombination in Doppel- und Tripelmutanten unter Kurztagbedingungen charakterisiert. myb37 und verschiedene Doppelmutanten sowie die Tripelmutante zeigen unterschiedliche Defekte in der Sprossverzweigung. In der Tripelmutante war die Expression des STM-Gens, das als Marker für die meristematische Identität von Zellen gilt, in älteren Blattachseln nicht mehr nachzuweisen. Dies ist ein Beleg dafür, dass in den myb-Mutanten keine lateralen Meristeme angelegt werden. Folglich sind MYB37, MYB38 und MYB84 an einem frühen Schritt der Etablierung von lateralen Meristemen beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde damit erstmals in Arabidopsis thaliana eine Funktion von MYB-Transkriptionsfaktoren bei der Anlage von Achselmeristemen sowohl in der vegetativen als auch der reproduktiven Phase nachgewiesen. Die Kombination der mutierten MYB-Gene zeigte, dass die Funktionen der einzelnen Proteine zum einen redundant und zum anderen komplementär zueinander sind. Damit ermöglichen MYB37, MYB38 und MYB84 in ihrer Kombination eine Feinregulation der Verzweigung entlang der Sprossachse, indem sie in unterschiedlichen Entwicklungsstadien der Pflanzen auf die Initiation von lateralen Meristemen Einfluss nehmen. Knock-out-Linien, die ausschließlich in langen Fotoperioden kultiviert wurden, wiesen in den Analysen ihrer Verzweigungsphänotypen keinen der oben beschriebenen Verzweigungsdefekte auf. Unter diesen Bedingungen war lediglich die Bildung von akzessorischen Seitentrieben aus Stängelblättern reduziert. Die unterschiedliche Ausprägung des Phänotyps der myb-Mutanten offenbarte somit eine Abhängigkeit der Initiation von Achselmeristemen von der Tageslänge. Untersuchungen zur Transkriptakkumulation von MYB37, MYB38 und MYB84 mittels RT-PCR und RNA-in-situ-Hybridisierungen zeigten, dass MYB38 ubiquitär exprimiert wird, während MYB37 und MYB84 in der vegetativen und reproduktiven Phase spezifisch in den Zentren von Blattachseln, den Orten der Entstehung von lateralen Meristemen, exprimiert werden. MYB37- und MYB84-Transkripte markieren daher wahrscheinlich in einem sehr frühen Stadium Achselmeristemgründerzellen. Analysen von myb37 las-4- bzw. myb84 las-4-Doppelmutanten ergaben, dass in Arabidopsis mindestens zwei unabhängige Regulationswege existieren, die die Anlage von Achselmeristemen kontrollieren. Expressionsstudien mittels RNA-in-situ-Hybridisierungen bestätigten diese Hypothese, da die Gene MYB37 und LAS nicht in einer regulatorischen Abhängigkeit zu einander stehen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die beiden Regulationswege während der reproduktiven Phase in redundanter Weise neben der Initiation auch die Aufrechterhaltung und Identität von Achselmeristemen kontrollieren. Bisher waren diese Funktionen von LAS noch nicht bekannt. Untersuchungen zur Proteinfunktion von MYB37, MYB38 und MYB84 mittels des Hefe-Zwei-Hybrid-Systems deuten auf eine Proteininteraktion zwischen MYB37 und bHLH88 hin.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Abstract The tomato Blind gene encodes a MYB transcription factor that controls the formation of lateral meristems (Schmitz et al, 2002). The Arabidopsis thaliana genome contains a subgroup of six R2R3-MYB genes, which are homologous to Blind and show 76% to 86% sequence identity within their MYB-domains. The aim of this work was to identify a Blind-corresponding function in Arabidopsis. Several insertion line populations were screened for knock-outs in the Blind-homologous genes from Arabidopsis. For the genes MYB37, MYB38, and MYB84 insertion lines were identified. These mutants were characterized under short day conditions one by one as well as in all possible combinations of double mutants and a triple mutant. myb37, the double mutants and the triple mutant showed different defects in shoot branching. In the triple mutant, expression of STM, which is referred to as a meristem identity marker, was no longer detectable in older leaf axils. This demonstrates that lateral meristems are not initiated in the triple mutant and suggests that MYB37, MYB38 and MYB84 are involved in an early step of axillary meristem formation. Therefore, this study demonstrates for the first time that in Arabidopsis thaliana MYB transcription factors play a role in the regulation of lateral meristem formation during the vegetative phase and the reproductive phase of development. Combinations of the mutated MYB-genes revealed, that the respective proteins function both in a redundant and a complementary manner. This mechanism leads to a fine tuning of shoot branching along the shoot axis and may be instrumental to adapt the process of shoot branching to environmental conditions. Knock-out lines which were cultivated under long day conditions did not show any of the branching defects observed in short photoperiods. In long days, only the formation of accessory side shoots from cauline leaf axils was reduced. Thus the different phenotypes of the myb mutants also revealed a dependence of axillary meristem initiation on day length. Studies on transcript accumulation of MYB37, MYB38, and MYB84 by RNA in situ hybridizations showed a ubiquitous expression of MYB38, whereas both, MYB37 and MYB84, were found to be transcribed specifically in the centers of leaf axils, where lateral meristems are formed. These findings indicate that MYB37 and MYB84 transcripts mark axillary meristem founder cells at a very early stage. Analyses of myb37 las-4 and myb84 las-4 double mutants suggested that two pathways regulate the formation of lateral meristems in Arabidopsis. Expression studies of LAS and MYB37 by RNA in situ hybridizations confirmed this hypothesis. In addition to these findings it was shown that both pathways act redundantly during the reproductive phase of development controlling not only the initiation of lateral meristems but also their maintenance and their identity. Until now this function was not known for LAS. Studies on protein function of MYB37, MYB38 and MYB84 using the yeast two hybrid system indicate an interaction between MYB37 and bHLH88.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Müller, Dörtedmueller@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-17643
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    R2R3MYB-Gen AchselmeristemGerman
    R2R3MYB gene axillary meristemEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: German
    Date: 2005
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 11 July 2005
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 26 Jun 2006 09:26:02
    Referee
    NameAcademic Title
    Theres, KlausProf Dr
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1764

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