Untersuchungen zur Funktion des Transkriptionsfaktors AtMYB12 als Regulator des Phenylpropanoidstoffwechsels in Arabidopsis thaliana

Mehrtens, Frank (2004). Untersuchungen zur Funktion des Transkriptionsfaktors AtMYB12 als Regulator des Phenylpropanoidstoffwechsels in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Kurzzusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion des Transkriptionsfaktors MYB12 als Regulator des Phenylpropanoidstoffwechsels untersucht. Dazu wurden Pflanzen einer myb12-Knockout- sowie einer MYB12-Überexpressionlinie mit Wildtyp-Pflanzen auf der Ebene der Genexpression, durch quantitative Echtzeit-RT-PCR, als auch auf biochemischer Ebene mittels HPLC-Analyse, verglichen. Ergänzt wurden diese Untersuchungen durch transiente Expressionsstudien in Protoplasten kultivierter A. thaliana-Zellen. Es konnte gezeigt werden, dass MYB12 ein flavonolspezifischer Aktivator der Flavonoidbiosynthese ist. Die Expressionsanalysen in Keimlingen der drei Linien haben gezeigt, dass die Gene CHS und FLS die Zielgene von MYB12 sind. Bei Überexpression des Faktors fallen zusätzlich auch die Gene CFI und F3H unter dessen transkriptionelle Kontrolle. Ein Effekt der Änderung der MYB12-Expression auf die Expression der beiden anderen untersuchten Gene der Flavonoidbiosynthese, F3´H und DFR, konnte nicht festgestellt werden. Wie aus den Resultaten der Expressionsanalysen zu erwarten, konnte ein �biochemischer� myb12-Phänotyp detektiert werden. Die HPLC-Analyse junger Keimlinge zeigte, dass der Flavonolgehalt direkt von der MYB12-Expression abhing. In Keimlingen der Knockout-Linie war die Flavonolmenge, sowohl von Quercetin- als auch Kämpferolderivaten im Vergleich zum Wildtyp stark reduziert, in der Überexpressionslinie entsprechend deutlich erhöht. Die Anthocyanmenge ist, wie aus der MYB12-unabhängigen Regulation von DFR zu vermuten, nicht mit dem MYB12-Expressionsniveau korreliert. Die MYB12-Expression, ebenso wie die der Strukturgene der Flavonoidbiosynthese mit Ausnahme von F3´H und DFR, war licht-, bzw. von der De-Etiolierung abhängig und konnte durch Bestrahlung mit UV-Licht induziert werden. Diese Befunde machen eine Rolle des Faktors an der stimulusabhängigen Signaltransduktion zur Aktivierung der Flavonoidbiosynthese wahrscheinlich. Die Expression von MYB12 war nicht auf Keimlinge beschränkt, sondern konnte auch in adulten Pflanzen, besonders in Blüten und Schoten, nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Transfektionsanalysen ließen auf weitere MYB12-Zielgene auch im allgemeinen Phenylpropanoidmetabolismus schließen, die Strukturgene der Sinapinsäuresynthese waren hingegen keine Ziele von MYB12. MYB12 und der zur selben Verwandtschaftsgruppe gehörende Faktor MYB111 zeigten identische Zielgen-Spezifitäten, die MYB111-Expression war jedoch nicht UV-induzierbar. Beide Faktoren sind folglich nicht redundant.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Investigation of the function of the transcription factor AtMYB12 as a regulator of phenylpropanoid metabolism in Arabidopsis thaliana	English

Translated abstract:

Abstract

Language

Abstract In this work the function of MYB12 as a regulator of phenylpropanoid metabolism was investigated using myb12-knockout and overexpressing plants in comparison to wildtype plants with regard to gene expression, by quantitative Realtime RT-PCR, and their biochemical properties by HPLC analysis. Additionally, transient expression studies using protoplasts of cultured A. thaliana cells were performed. It was shown that MYB12 is a flavonol specific activator of flavonoid biosynthesis. Expression analyses in seedlings of the three lines demonstrated that the MYB12 target genes are CHS and FLS. When the factor is overexpressed the genes CFI and F3H also fall under the transcriptional control by MYB12. No effect of altered MYB12 expression could be observed for F3´H and DFR. As expected from the results of the expression analyses, a �biochemical� myb12 phenotype was detected. The HPLC analysis of young seedlings showed that their flavonol content was strictly dependent on the level of MYB12 expression, being strongly reduced in the knockout line and heavily increased in the overexpressor plants. The anthocyanin content, as to be expected from the MYB12 independent DFR expression, did not correlate with MYB12 expression levels. The expression of MYB12, like that of the structural flavonoid genes except F3´H and DFR was de-etiolation dependent and UV inducible. This indicates a role for MYB12 in the stimulus dependent signal transduction pathway leading to the transcriptional activation of flavonoid biosynthesis. MYB12 expression was not restricted to seedlings, but could readily be detected in adult plants as well, especially in flowers and siliques. Based on the transfection results the existence of additional MYB12 target genes also within the general phenylpropanoid metabolism could be deduced. However, the structural genes involved in the synthesis of sinapic acid were no MYB12 targets. MYB12 and MYB111, both belonging to the same similarity subgroup within the A. thaliana MYB transcription factor family, showed identical target gene specificities, but in contrast to MYB12 the expression of MYB111 was not induced by UV light. Hence, the two factors are non-redundant.

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