Universität zu Köln

MicroRNA-mediated control of floral homeotic functions in Antirrhinum: characterization of the FISTULATA gene

Cartolano, Maria (2007) MicroRNA-mediated control of floral homeotic functions in Antirrhinum: characterization of the FISTULATA gene. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The identity of Antirrhinum reproductive organs is controlled by two class C- MADS box genes, PLENA (PLE) and FARINELLI (FAR), which are expressed in the third and the fourth whorl of the flower. The fistulata mutant (fis) in Antirrhinum and blind (bl) in Petunia show partial homeotic conversion of petals to stamenoid structures, which is caused by ectopic expression of PLE/FAR and pMADS3/FBP6, the Petunia C-genes, respectively. FIS and BL thus control the C- expression domain in the wild type. FISTULATA was cloned by a map-based strategy combined with a candidate gene approach and show that both genes encode a microRNA corresponding to miR169. The miR169 target site is present in the 3´UTR of members of the NF-YA transcription factor family that bind a cis-acting CCAAT motif present in the second intron of the PLE/FAR and pMADS3 genes. This suggests a miRNA-mediated and NF-YA-dependent control of the C- function. We cloned six members of the Antirrhinum NF-YA gene family (AmYAs), four of which contain the miRNA recognition site. Data derived from in vitro infitration experiments indicate miRFIS-dependent post-transcriptional regulation of AmYAs. Expression studies in wild type and fis mutant flowers showed that miRFIS and the AmYAs are spatially co-expressed in the flower suggesting that by fine tuning expression of the NF-YAs, miRFIS indirectly regulates the level of C-gene expression. In addition, genetic evidence is presented demonstrating the functional relevance of the unexpected miRFIS function in the centre of the flower. Based on these results a dynamic model is proposed in which miRFIS maintains the boundaries of the C- domain by preventing formation of a radially extending molecular gradient from the centre of the flower (where C-products are activated) toward peripheral regions of the meristem. Experimental approaches are suggested to solve open questions.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die Identität der reproduktiven Blütenorgane wird in Antirrhimum durch die MADS-box-Gene PLENA (PLE) and FARINELLI (FAR) kontrolliert. Diese sogenannten Klasse C-Gene sind im dritten und vierten Wirtel der Blüte exprimiert. Eine partielle homeotische Umwandlung von Petalen zu Stamen in der fistulata (fis) Mutante in Antirrhinum und in der blind (bl) Mutante in Petunia ist durch die ektopische Expression der C-Gene bedingt. Hieraus folgt, dass die C- Expressionsdomäne in der Wildtyp-Blüte durch FIS und BL kontrolliert ist. Wir haben das FISTULATA-Gen über eine, auf Kartierung basierenden (map-mased) Strategie kloniert. Wir konnten zeigen, dass FIS und auch BL für eine mikroRNA kodieren, die zu der miR169-Famile gehört. Die Sequenz, die durch miR169 erkannt wird, ist in dem 3'-Bereich (3'UTR) von Mitgliedern der NF-YA Familie von Transkriptiosfaktoren vorhanden, die ihrerseits cis-aktive Motive (CCAAT-box) in dem zweiten Intron von C-Genen erkennen. Es ist deshalb wahrscheinlich, dass die miRNA-Kontrolle der C-Gene über NF-YA vermittelt wird. Wir haben sechs Mitglieder der NF-YA Familie in Antirrhinum (AmYAs) kloniert und festgestellt, dass vier die miRNA-Erkennungssequenz besitzen. Vorläufige Beobachtungen in einem Infiltrationssystem in vitro deuten darauf hin, dass die posttranskriptionelle Regulation von AmYAs tatsächlich über miRFIS erfolgen kann. Analysen der miRFIS und NF-YA Expression in Blüten von Wildtyp- und fis-Pflanzen zeigten einen räumlichen Überlapp. Hieraus schließen wir, dass die räumliche Regulation der C-Gene durch miRFIS über eine Feinabstimmung der NF-YA-Expression bewerkstelligt wird. Auch genetische Untersuchungen bestätigen die funktionelle Relevanz der unerwarteten miRFIS Expression im Zentrum der Blüte. Wir schlagen auf Grund dieser Ergebnisse ein dynamisches Modell vor, in dem miRFIS das Expressionsniveau der C-Gene im Zentrum der Blüte (wo diese aktiviert werden) unter einem Schwellenwert hält. Ein Überschreiten dieses Niveaus in der Mutante bedingt, dass Tochterzellen während der Zellteilung eine zu hohe Dosis an C-Genprodukten erhalten, wodurch der laterale Gradient von Zellen, die die C- Funktion ausüben können, ausgedehnt wird. Es werden experimentelle Lösungen vorgeschlagen um offene Fragen zu klären.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Cartolano, Mariacartolan@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-23401
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Antirrhinum majus, flower development, homeotic genes, microRNAEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > MPI für Züchtungsforschung
    Language: English
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 07 June 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 18 Jun 2008 15:20:31
    Referee
    NameAcademic Title
    Saedler, HeinzProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2340

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