Kontrolle der Expression des UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO) Gens in Arabidopsis thaliana

Hobe, Martin (2004). Kontrolle der Expression des UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO) Gens in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Kontrolle des Expressionsmusters des UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO) Gens von Arabidopsis thaliana. UFO wird im Sproß- und Blütenmeristemen aller Entwicklungsstadien der Pflanze exprimiert. In Blütenmeristemen agiert UFO als Kofaktor von LEAFY (LFY) bei der Aktivierung der Organidentitätsgene des zweiten und dritten Wirtels. UFO stellt also einen generellen Faktor der Musterbildung in Meristemen dar. Um regulatorische Gene, die die Expression von UFO beeinflussen, zu identifizieren, wurden transgene Pflanzen, die GFP unter Kontrolle des UFO-Promotors exprimieren (UFO::GFP) mutagenisiert. Anhand der GFP-Expression wurde nach Mutanten gesucht, in denen UFO im Keimlingsstadium fehlexprimiert wird. Zusätzlich wurde durch eine Deletionsanalyse des UFO-Promotors die Kontrolle der UFO-Expression durch cis-regulatorische Sequenzen untersucht. Bei der Analyse der mutagenisierten UFO::GFP-Pflanzen konnte eine Mutante identifiziert werden, in der UFO nicht exprimiert wird. Das betroffene Gen konnte isoliert und als neues Allel von WUSCHEL (WUS) identifiziert werden. WUS kodiert einen Homöodomänen-Transkriptionsfaktor, der in der zentralen Zone von Sproß- und Blütenmeristemen exprimiert wird und ein positiver Regulator des Stammzellschicksals ist. Durch WUS-Fehlexpressionsexperimente konnten gezeigt werden, daß WUS in Sproß- und Blütenmeristemen UFO-Expression aktiviert. WUS aktiviert UFO-Expression aber nicht direkt, sondern benötigt dafür meristematische Kofaktoren. Ektopische WUS-Expression in der Wurzel führte bei hohen Auxinkonzentrationen zur Umprogrammierung von Zellen auf ein sproßmeristematisches Schicksal. Das hatte zur Folge, daß auch die für die Expression von UFO benötigten Kofaktoren exprimiert werden und WUS somit UFO-Expression aktivieren kann. Anschließende Fehlexpressionsexperimente mit dem SHOOT MERISTEMLESS (STM) Gen zeigten, daß auch STM ein indirekter Aktivator der UFO-Expression ist. Die Deletionsanalyse zeigte, daß der UFO-Promotor sich aus mehreren, in verschiedenen Promotorregionen gelegenen cis-Elemente zusammensetzt. UFO-Expression in Blütenmeristemen und im Sproßmeristemen werden also durch separate regulatorische Sequenzen kontrolliert. Auch die Kontrolle der UFO-Expression im Sproßmeristem wird durch getrennte cis-Elemente gewährleistet, da sich das UFO-Expressionsmuster durch 5´- Deletionen des Promotors in eine zentrale und eine periphere Teildomäne trennen läßt. Die zentrale Teildomäne ist mit dem WUS-Expressionsmuster identisch; möglicherweise vermittelt WUS also die positionale Information für diesen Teil des UFO-Expressionsmusters.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Control of UFO expression in Arabidopsis thaliana	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The Arabidopsis UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO) gene is expressed in shoot and floral meristems of all developmental stages. In floral meristems, UFO acts as a cofactor of LEAFY (LFY) in the activation of B function floral homeotic genes. Thus, UFO represents a general meristem patterning factor. To identify regulatory genes that control UFO expression, a dual strategy was performed. A mutagenesis screen aiming for regulators of UFO expression was conducted on the base of modifications of the UFO expression pattern at the seedling stage. These modifications were monitored by expression of a UFO::GFP transgene. In addition, cis-regulatory elements were identified by using promoter deletion analysis. In the mutagenesis screen, a mutant that failed to express the GFP transgene under control of UFO regulatory sequences was found. The corresponding gene was isolated and shown to be a novel wuschel (wus) allele. WUS encodes a homeodomain transcription factor that is expressed in the central zone of shoot and floral meristems and has been shown to positively regulate stem cell identity. By ectopically expressing an inducible version of WUS under control of the constitutive CaMV35S promoter, I have shown that WUS activates UFO expression in the shoot meristem. This experiment also provided evidence that this interaction appears to be indirect and that WUS requires the presence of additional factors to activate UFO expression. Misexpression of WUS in roots of plants grown on medium containing high auxin concentrations led to the formation of ectopic shoot tissue and somatic embryos that strongly expressed a UFO reporter gene. This observation suggests that WUS itself can activate a meristematic program leading to the expression of cofactors required for UFO activation. Additionally, misexpression experiments with the SHOOT MERISTEMLESS (STM) gene provided evidence that STM can activate UFO expression indirectly. The promoter deletion analysis revealed that the UFO promoter consists of several cis-elements located in distinct promoter regions. UFO expression in floral meristems and shoot meristems is controlled by separate cis-regulatory sequences. The expression pattern in the shoot meristem is regulated by separate elements as well. By 5´ deletions, the shoot meristem pattern could be split into a central and a peripheral subdomain. The central subdomain coincides with the WUS expression domain, suggesting that WUS may also provide positional information for the establishment of the UFO expression pattern.

English

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