Universität zu Köln

Identification and characterization of interactors of RAX1 controlling shoot branching in Arabidopsis thaliana

Yang, Fang (2008) Identification and characterization of interactors of RAX1 controlling shoot branching in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    To identify functional partners of RAX1 in a large scale, a yeast two-hybrid screen was performed. Two candidates, HAT1 (HD-Zip protein 1) and YAB1 (YABBY1), were shown to interact with RAX1 in yeast and the interactions were confirmed by pull-down assays. Transcripts of HAT1, a HD-ZIP class II transcription factor, accumulated in a domain at the adaxial base of young leaf primordia, very similar to that of RAX1. Phenotypic analysis of hat1-1 knockout mutant as well as hat1-1 rax1-3 double mutants did not reveal any role of HAT1 in the process of axillary meristem formation. This might be due to a functional redundancy of HAT1 with its homologs. Co-localization of YAB1 and RAX1 transcripts in the incipient leaf primordia was demonstrated using consecutive sections for RNA in-situ hybridization. Loss of YAB1 function (fil-8) resulted in a strong reduction in axillary bud formation when plants were grown in short photoperiods. YAB1 was shown to regulate axillary meristem formation in a day-length dependent manner as the branching defect of fil-8 was vanished in long days. The rax1-3 fil-8 double mutant showed a similar branching defect as fil-8. Another putative interactor of RAX1 is AtLAX, which was characterized in detail in this study. AtLAX is the closest homolog of the rice LAX and maize BA1 genes in Arabidopsis. LAX and BA1 are shown to play crucial roles in the establishment of axillary meristems in rice and maize, respectively. LAX, BA1 and AtLAX encode bHLH-type transcription factors with highly conserved bHLH domains. Phenotype analysis of atlax knockout mutants and transgenic plants carrying the AtLAXSRDX dominant repressor showed that: 1) AtLAX plays a role in the formation of axillary meristems; 2) AtLAX functions as a transcriptional activator; and 3) AtLAX probably has no functionally redundant homolog(s). The specific expression pattern of AtLAX at the adaxial domain of leaf primordia and accessory shoot formation in the AtLAX-overexpressing plants further support the role of AtLAX in axillary meristem formation. The idea of an interaction between AtLAX and RAX1, a R2R3-type MYB protein, is derived from the classical interaction model of bHLH and MYB proteins described for several developmental processes. The protein interaction between AtLAX and RAX1 is demonstrated in pull down assays and is supported by a nearly completely overlap of their domains of transcript accumulation. In addition, AtLAX mRNA accumulation is down-regulated in vegetative, but not in reproductive apices of rax1-3 loss-of-function mutants, suggesting that RAX1 regulates AtLAX in the process of axillary meristem initiation during the vegetative stage of development. Finally, analysis of the genetic interaction between AtLAX, RAX1 and LAS (LATERAL SUPPRESSOR) demonstrates that these three regulators are necessary for the formation of axillary meristems during both vegetative and reproductive stages of shoot development.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die Architektur von Blütenpflanzen wird hauptsächlich durch die Bildung und das Auswachsen von Seitentrieben während der postembryonalen Phase der Entwicklung bestimmt. Seitentriebe entstehen aus sekundären Meristemen, die in den Achseln von Blattprimordien initiiert werden. Das REGULATOR OF AXILLARY MERISTEMS1 (RAX1)-Gen spielt in Arabidopsis eine wichtige Rolle in der frühen Phase der Achselmeristembildung (Keller et al., 2006; Müller et al., 2006). Das Ziel dieser Arbeit war es, Interaktionspartner von RAX1 zu identifizieren und ihre Rolle im Prozess der Achselmeristeminitiation zu charakterisieren. Um im großen Maßstab funktionelle Partner von RAX1 zu identifizieren wurde ein Hefe Zwei-Hybrid Screening durchgeführt. Für zwei Kandidaten, HAT1 (HD-ZIP PROTEIN 1) und YAB1 (YABBY1), konnte eine Interaktion in Hefe gezeigt werden, die durch Pull-Down Assays bestätigt werden konnte. Der HD-ZIP-Klasse II-Transkriptionsfaktor HAT1 wird in einer engen Domäne an der adaxialen Basis junger Blattprimordien transkribiert, sehr ähnlich wie RAX1. Die phänotypische Analyse der hat1-1-Mutante sowie der hat1-1 rax1-3 Doppelmutante, ergab keinen Hinweis auf eine Funktion von HAT1 im Prozess der Achselmeristembildung. Dies könnte durch die funktionelle Redundanz von HAT1 mit anderen homologen HD-ZIP-Klasse II-Transkriptionsfaktoren begründet sein. Durch RNA-In-Situ-Hybridisierungen aufeinander folgender Schnitte von Apices konnte eine Co-Lokalisation von YAB1 und RAX1 in entstehenden Blattprimordien gezeigt werden. Der Verlust der YAB1-Funktion (fil-8) führte zu einer starken Reduktion der Achselknospenbildung, wenn die Mutanten in kurzen Fotoperioden angezogen werden. Für YAB1 konnte gezeigt werden, dass es die Achselmeristembildung tageslängenabhängig reguliert, da im Langtag kein Verzweigungsdefekt von fil-8 erkennbar ist. Die rax1-3 fil-8 Doppelmutante zeigte einen ähnlichen Verzweigungsdefekt wie fil-8. Ein weiterer putativer Interaktionspartner von RAX1 ist AtLAX, der in dieser Arbeit im Detail charakterisiert wurde. AtLAX1 ist der nächste Homologe in Arabidopsis des LAX-Gens aus Reis und des BA1-Gens aus Mais. Es wurde gezeigt, dass LAX und BA1 eine entscheidende Rolle in der Entstehung von Achselmeristemen in Reis bzw. Mais spielen. LAX, BA1 und AtLAX kodieren für bHLH-Transkriptionsfaktoren, die sich durch eine hochkonservierte bHLH-Domäne auszeichnen. Die phänotypische Analyse von atlax-Mutanten und transgenen Pflanzen, die den dominanten AtLAXSRDX-Repressor exprimieren, zeigte: 1) AtLAX spielt eine Rolle in der Achselmeristembildung; 2) AtLAX wirkt als Transkriptionsaktivator; und 3) AtLAX hat wahrscheinlich keine funktionell redundanten Homologe. Des weiteren deuten das spezifische Expressionsmuster von AtLAX an der adaxialen Seite von Blattprimordien und die Bildung von akzessorischen Seitentrieben in AtLAX-überexprimierenden Pflanzen weiter auf eine Rolle von AtLAX in der Achselmeristembildung hin. Die Idee einer direkten Interaktion zwischen AtLAX und RAX1, einem MYB-Protein des R2R3-Typs, resultierte aus dem bekannten, klassischen Interaktionsmodell zwischen bHLH- und MYB-Proteinen, welches für verschiedene biologische Prozesse beschrieben ist. Die Proteininteraktion zwischen AtLAX und RAX1 konnte durch Pull-Down-Assays gezeigt werden und ein Zusammenspiel in vivo wird durch die nahezu vollständige Überschneidung der Expressionsdomänen weiter untermauert. Des Weiteren ist die AtLAX-mRNA-Menge in rax1-3-Mutanten während der vegetativen Phase stark reduziert, in reproduktiven Apices allerdings auf Wildtypniveau, was dafür spricht, dass RAX1 während der vegetativen Entwicklungsphase AtLAX im Prozess der Achselmeristementwicklung reguliert. Schließlich zeigt die Analyse der genetischen Interaktionen zwischen AtLAX, RAX1 und LAS (LATERAL SUPPRESSOR), dass diese drei Regulatoren eine wichtige Rolle in der Achselmeristembildung, sowohl in der vegetativen, als auch der reproduktiven Phase, der Sprossentwicklung spielen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Yang, Fangyang@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-24427
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Sproßverzweigung, Achselmeristeme, RAX, AtLAX, YAB1/FILGerman
    shoot branching, axillary meristem, RAX, AtLAX, YAB1/FILEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 05 February 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 10 Sep 2008 15:36:23
    Referee
    NameAcademic Title
    Theres, KlausProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2442

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