Universität zu Köln

Functional analysis of B1-type cyclins in Arabidopsis thaliana

Roodbarkelari, Farshad (2007) Functional analysis of B1-type cyclins in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Cyclins play a vital role in controlling progress through the eukaryotic cell cycle. Specific cyclins are required at each cell cycle transition to activate their partner cyclin- dependent kinase. The focus of this study were the B1-type cyclins that are expressed in G2/M phase and control entry into mitosis. B1-type cyclins are represented by four members in Arabidopsis thaliana and in this study mutant lines for all family members, CYCB1;1, CYCB1;2, CYCB1;3 and CYCB1;4, were analyzed. Morphological analyses revealed only minor growth alterations of the single mutant plants. While the number of rosette leaves decreased in the cycb1;2 mutant, cycb1;4 increased the number of rosette leaf. Side and auxiliary shoots numbers did not affected by mutation in B1-type cyclins. cycb1;1 and cycb1;2 mutants increased the rosette leaf growth while knock out of CYCB1;4 reduced the growth of rosette leaf. Root growth analysis revealed that CYCB1;4 is the main B1-type cyclins in root growth and root growth significantly decreased in cycb1;4 mutant. All B1-type cyclin mutants prolonged the vegetative phase and flowering was delayed. The minor effects seen in the single mutants suggested a high level of redundancy among the B1-type cyclins. Consequently, a cycb1;1-/- cycb1;2-/- was lethal and embryos died in the middle of heart and torpedo stage. While the expression of CYCB1;4 under the CYCB1;1 promotor could not rescue cycb1;1-/- cycb1;2-/- mutants, the expression of CYCB1;1, CYCB1;2 and CYCB1;3 could restore wild type morphology in the double mutant. The cycb1;1-/- cycb1;4-/- or cycb1;2-/- cycb1;4-/- double mutant did not induce any severe phenotype. Double mutants of cycb1;3 with other b1-type cyclins were not analyzed. Analysis of B1-type cyclins shows that there is high level of redundancy between CYCB1;1, CYCB1;2 and CYCB1;3 but theCYCB1;4 developed independent from other B1-type cyclins. In dividing cells of all organisms, the destruction box dependent degradation of B-type cyclins is mediated by the APC/C complex. While the degradation of CYCB1;1 and CYCB1;2 in the stomata lineage of Arabidopsis thaliana is required a destruction box, it is interestingly not required in endoreplicating trichomes. In this study, a new motif was identified that mediates cyclin degradation in trichomes, the motif was designated Barbie box. The Barbie box is a plant specific degradation motif which was found only in some plant B-type cyclins. The Destruction box appeared to be not of primary importance for degradation of cyclins in trichomes. Evidence for this hypothesis came from the analysis of GUS marker lines that were fused to a destruction box. Moreover, an RNAi construct directed trichome-specifically against ACP11, a central component of the APC/C, resulted in no deviation from wild-type trichome phenotype.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Zykline spielen eine entscheidende Rolle bei den Durchtrittskontrollen des eukaryontischen Zellzyklus. Für jeden Zellzyklusübergang werden spezifische Zykline benötigt, die durch Untereinheitenbindung ihren katalytischen Partner aus der Familie der Zyklinabhängigen Kinasen aktivieren. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den Zyklinen des B1-Types, welche während der G2- und M-Phase exprimiert werden und dadurch den Eintritt in die Mitose regulieren. Zykline der B1-Familie werden in Arabidopsis thaliana durch die vier Mitglieder CYCB1;1, YCB1;2, CYCB1;3 and CYCB1;4 vertreten, deren Mutanten in der zugrunde liegenden Arbeit untersucht werden. Morphologische Analysen des Wachstums ergeben ediglich geringfügige Unterschiede im einfach mutanten Hintergrund. Während die Anzahl der Rosettblätter in der cycb1;2-Mutante abnimmt, steigt sie für cycb1;4 an. Die Anzahl der Seiten- und Nebentriebe wird nicht durch Mutation von B1-Zyklinen beeinträchtigt. Die Mutanten cycb1;1 und cycb1;2 zeigen ein verstärktes, das Fehlen von CYCB1;4 hingegen ein gehemmtes Wachstum der Rosettblätter. Wachstumsanalysen der Wurzel erwiesen, dass es sich bei CYCB1;4 um den wichtigsten Vertreter der B1-Zykline handelt, dessen Aufgabe die Regulation des Wurzelwachstums ist. Demzufolge ist dieses in der cycb1;4-Mutante deutlich reduziert. Sämtliche Mutanten für die vier Zykline des B1- Types zeigen eine verlängerte Wachstumsphase und eine verspätete Blühinduktion. Die nur geringfügigen Effekte, die in den einfachen Mutanten beobachtet werden, lassen eine starke Redundanz der B1-Zykline untereinander vermuten. Entsprechend ist die cycb1;1-/-;cycb1;2-/--Doppelmutante letal: die Embryonen sterben zwischen Herz- und Torpedostadium. Während die Expression des CYCB1;4 unter Kontrolle des CYCB1;1- Promoters die Doppelmutante cycb1;1-/-;cycb1;2-/- nicht retten kann, wird die wildtypische Morphologie durch die Expression von CYCB1;1, CYCB1;2 sowie CYCB1;3 auch in der Doppelmutante wiederhergestellt. Die Doppelmutanten cycb1;1-/- ;cycb1;4-/- und cycb1;2-/-;cycb1;4-/- führen zu keinem deutlich vom Wildtyp abweichenden Phänotypen. Doppelmutanten von cycb1;3 mit anderen zyklinen des b1- typs werden in dieser Arbeit nicht beleuchtet. Untersuchungen an Zyklinen des B1- Types bestätigen sowohl eine starke Redundanz zwischen CYCB1;1, CYCB1;2 und CYCB1;3 aber auch, dass sich CYCB1;4 unabhängig von den anderen Familienmitgliedern entwickelt hat. In allen Eukaryonten, deren Zellteilung größtenteils auf dem Wechselspiel zwischen Zyklinabhängigen Kinasen und den Zyklinen beruht, ist der �Destruction box�- abhängige Abbau der Zykline des B-Typs durch den APC/C-Komplex reguliert. Während die Degradation von CYCB1;1 und CYCB1;2 in der Abstammungslinie der Spaltöffnungen von Arabidopsis thaliana ein Abbaumotiv erfordert, ist dieses in endoreplizierenden Blatthaaren nicht essentiell. In dieser Arbeit wird das neuartige Motiv der �Barbie box� beschrieben, dass sich für den Abbau von Zyklinen in Blatthaaren verantwortlich zeigt. Die �Barbie box� ist ein für Pflanzen spezifisches Abbaumotiv, welches nur in einigen pflanzlichen Zyklinen des B-Types gefunden werden konnte. Die Abbaubox scheint nur eine untergeordnete Rolle im Zyklinabbau in Blatthaaren zu spielen. Anhaltspunkte für diese Annahme kommen von Markerlinien, deren Reporter GUS an eine Abbaubox fusioniert wurde. Darüber hinaus wurde ein RNAi-Konstrukt blatthaarspezifisch gegen APC11 � einer zentralen Komponente von APC/C � gerichtet und zeigte dabei keine Abweichung vom wildtypischen Blatthaarphänotyp.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Roodbarkelari, Farshadroodbark@mpiz-koeln.mpg.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-26336
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    B1-type cyclins ArabidosisGerman
    B1-type cyclins arabidopsisEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > MPI für Züchtungsforschung
    Language: English
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 01 November 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 24 Mar 2009 11:19:06
    Referee
    NameAcademic Title
    Hülskamp, MartinProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2633

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