Universität zu Köln

Molecular and Functional Analysis of SBP-Box Transcription Factors in Arabidopsis thaliana

Schwarz, Stefan (2006) Molecular and Functional Analysis of SBP-Box Transcription Factors in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    In Arabidopsis thaliana, 17 plant specific transcription factors are known to be members of the SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE (SPL) gene family. This family of Arabidopsis SBP-box genes can be divided into subfamilies based on their genomic organization and sequence similarities. SPL1, SPL7, SPL12, SPL14 and SPL16 form one subfamily representing the largest and most complex members. The second subfamily is formed by the mid-sized genes SPL2, SPL6, SPL8, SPL9, SPL10, SPL11, SPL13a, SPL13b and SPL15. Finally, the small genes SPL3, SPL4 and SPL5 represent the third subfamily within the Arabidopsis SPL gene family. SBP-box genes have been exclusively found in plants and hence their functions were proposed to be plant specific. However, when the work of this thesis started, SPL8 was the only SPL gene with a known mutant phenotype. Spl8 plants show defects in anther development. Thus global expression analysis was conducted in order to gain more detailed insight in the role of SPL8 within the developing anthers. The micro-array experiment revealed 28 putative SPL8 target genes. Analysis of the target gene promoter regions showed a significant overrepresentation of the known SBP-box DNA binding motif GTAC, giving additional support that the identified genes are indeed target genes of SPL8. Reverse genetics was used in order to find out more about the role of the other SPL genes in Arabidopsis development. The results of this work led to the assumption that the two paralogous genes SPL1 and SPL12 have redundant functions in controlling flowering time in long days, rosette leaf size and fertility. Furthermore it could be shown that the two evolutionary probably very closely related genes SPL9 and SPL15 have redundant function in controlling apical dominance and the initiation rate of lateral organs at the shoot apex. Based on the results gained in this study the SPL genes are very likely to be separated into functional sub-classes in which the group of large genes has a distinct function from the miRNA regulated mid-sized and small genes.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE (SPL)-Genfamilie in Arabidopsis thaliana wird von 17 pflanzenspezifischen Transkriptionsfaktoren gebildet. Sie zeichnet sich durch eine, bei allen Mitgliedern anzutreffende, sehr konservierte DNA-Bindedomäne aus. Die Mitglieder der SPL Genfamilie können aufgrund ihrer Größe und phylogenetischen Ähnlichkeiten auf Ebene der DNA- und Proteinsequenz in verschiedene Unterfamilien aufgeteilt werden. SPL1, SPL7, SPL12, SPL14 und SPL16 gehören anhand dieser Kriterien zu den großen SPL Genen. Dagegen unterteilen sich SPL3, SPL4 und SPL5 in die kleinen und SPL2 SPL6, SPL8, SPL9, SPL10, SPL11 SPL13a, SPL13b und SPL15 in die mittel großen Gene. Das ausschließliche Vorkommen der SBP-Box-Gene in Pflanzen legt pflanzenspezifische Funktionen dieser Transkriptionsfaktor-Familie nahe. Bis zum Beginn dieser Arbeit war mit SPL8 jedoch nur ein SPL Gen in Arabidopsis bekannt, dem eine biologische Funktion zugeteilt werden konnte. SPL8 ist unter anderem an der Entwicklung der Antheren beteiligt. Innerhalb der vorliegenden Arbeit konnten mit Hilfe einer globalen Expressionsanalyse Zielgene für den Transkriptionsfaktor SPL8 identifiziert und mit unabhängigen Methoden bestätigt werden. Einen weiteren Hinweis darauf, dass die identifizierten Gene tatsächliche Zielgene von SPL8 sind, ergab eine Computer gestützte Analyse der Zielgen-Promotorregionen. Diese zeigte eine signifikante Häufung des, für die SBP-Box Gene bekannten, DNA-Bindemotives GTAC, im Vergleich mit Promotoren zufällig ausgewählter Gene. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde mit Hilfe der �Reversen Genetik� die mögliche Funktion weiterer SPL Gene aufgeklärt. Die beiden großen, paralogen Gene SPL1 und SPL12 zeigten dabei redundante Funktionen innerhalb der Kontrolle der Blütezeit, Blattgröße und Fertilität. Weiterhin zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die beiden mittel großen, paralogen SPL Gene SPL9 und SPL15 eine wichtige und teilweise redundante Funktion in der Kontrolle des Plastochrons sowie der apikalen Dominanz einnehmen. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Arbeit Grund zur Annahme, dass die Mitglieder der SPL Gene, trotz ihrer phylogentischen Zugehörigkeit zu einer Familie, funktionelle Sub-Familien bilden. Wahrscheinlich bilden hierbei die großen SPL Gene eine funktionelle Gruppe. Eine zweite Gruppe wird vermutlich durch die miRNA-regulierten kleinen und mittel-großen Gene gebildet. SPL8 scheint hierbei innerhalb der SPL Gene in Arabidopsis eine Ausnahmeposition hinsichtlich seiner phylogenetischen und funktionellen Zugehörigkeit einzunehmen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Schwarz, Stefanschwarz@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-20034
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Arabidopsis , SBP-Box , SPL ,German
    Arabidopsis , SBP-box , SPL , transcription factorEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > MPI für Züchtungsforschung
    Language: English
    Date: 2006
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 03 July 2006
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 02 May 2007 13:50:13
    Referee
    NameAcademic Title
    Saedler, HeinzProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2003

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