Basische Helix-Schleifen-Helix Transkriptionsfaktoren in Arabidopsis thaliana : Eine genomweite Studie zu Struktur und Funktion

Heim, Marc Anton (2003). Basische Helix-Schleifen-Helix Transkriptionsfaktoren in Arabidopsis thaliana : Eine genomweite Studie zu Struktur und Funktion. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Die basischen Helix-Schleifen-Helix (bHLH) Transkriptionsfaktoren repraesentieren eine der groessten Transkriptionsfaktor-Familien im Genom von Arabidopsis thaliana. Diese Arbeit stellt die erste grundlegende und genomweite Analyse der AtbHLH-Transkriptionsfaktoren dar. Zum einen konnten durch detaillierte Sequenzanalysen des A. thaliana Genoms und die Optimierung der Genom-Annotation 162 fuer AtbHLH-Proteine kodierende Gene identifiziert werden. Zum anderen konnten tiefere Einblicke in das Netzwerk der transkriptionellen Regulation gewonnen werden. Aufgrund ihrer Sequenzhomologie in der die DNA-Bindung und die bHLH-Dimerisierung vermittelnden bHLH-Domaene lassen sich die AtbHLH-Proteine in 14 strukturelle Gruppen einteilen, die auch in konservierten Motiven ausserhalb der bHLH-Domaene, in der ORF-Struktur ihrer Gene und, sofern diese bekannt sind, auch in ihren Funktionen konvergieren. Dabei zeigen die bHLH-Transkriptionsfaktoren eine Reihe von funktionellen Redundanzen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Beteiligung der AtbHLH-Transkriptionsfaktoren an der Regulation des Flavonoid-Stoffwechselweges untersucht. Dabei zeigte es sich, dass es auch AtbHLH-Faktoren gibt, die die transkriptionelle Aktivierung bestimmter Strukturgenpromotoren als Einzelfaktor vermitteln k oennen, waehrend die Mehrzahl der untersuchten Faktoren auf die Interaktion mit Vertretern der Gruppe der R2R3-MYB-Transkriptionsfaktorfamilie angewiesen sind. Eine strukturell eng mit den R/B-Faktoren aus Mais verwandte Subgruppe von vier AtbHLH-Faktoren, die spezifische R2R3-MYB-Interaktionspartner zur transkriptionellen Aktivierung ihrer Zielgene ben oetigen, zeigte dabei funktionelle Redundanzen in transienter Koexpression in A. thaliana Zellkulturprotoplasten. Darueber hinaus konnte gezeigt werden, dass TTG1, ein Vertreter der WD40-Wiederholungen enthaltenden Proteine, fuer die synergistische Aktivierung bestimmter Strukturgene des Flavonoid-Stoffwechselweges durch AtbHLH und R2R3-MYB-Faktoren essentiell ist. Die Ergebnisse erlauben dabei Einblicke in die Hierarchie der transkriptionellen Regulation der untersuchten Zielgene.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Basic Region Helix-Loop-Helix transcription factors in Arabidopsis thaliana : a genome wide survey on structure and function	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The basic-Helix-Loop-Helix (bHLH) transcription factors represent one of the largest transcription factor gene families in the Arabidopsis thaliana genome. This work provides the first complete and genom-wide overview on AtbHLH transcription factors. Sequence analysis and optimization of the genome annotation have led to the identifikation of 162 genes that encode for bHLH domain containing proteins. The identified proteins are structurally clustered into 14 groups based on their protein sequence similarity inside the bHLH domain. The structural clusters do not only show sequence homology in the bHLH domain, they also correlate in some conserved motivs outside the bHLH domain, in their genes ORF structures and as far identified in their functions. Within the single subgroups AtbHLH proteins show significant functional redundancies. To determin the role of the bHLH transcription factors in the regulation of the flavonoid biosynthesis a selection of factors has been tested in transient co-expression experiments in A. thaliana protoplasts. The factors have also been assayed on their ability to activate transcription as a single factor, as well as on their dependency on a second group of transcriptional activators, the R2R3-MYB transcription factor family. A subgroup of four AtbHLH proteins showing strong sequence homologies to the R/B-bHLH family in mays and a synergistic potential together with certain R2R3-MYB-transcription factors, revealed significant functional redundancies. Furthermore their ability to initiate transcription together with MYB-transcription factors was strongly dependent on the presence of another protein, TTG1, which respresents a WD40 repeat containing protein (WD40). The results provide deeper insights into the hierachy of transcriptional activation mediated by bHLH, MYB and WD40 proteins.

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