Universität zu Köln

Saedler, Rainer (2005). Role of DISTORTED2, GNARLED and SPIRRIG in cell morphogenesis of Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF Saedler_thesis.pdf Download (2MB)

Abstract

The leaf epidermal trichome of Arabidopsis thaliana is an ideal model system to study plant cell architecture due to its many mutants featuring distorted phenotypes. In this thesis, the DISTORTED2 (DIS2), GNARLED (GRL) and SPIRRIG (SPI) genes were cloned and characterized. Both, the morphological as well as subcellular mutant phenotypes were assessed and discussed. The dis2 mutant displayed a pronounced distorted trichome phenotype, by having stubbed and swollen trichomes. The DIS2 gene was cloned by a gene candidate approach and encoded the ARPC2 subunit of the actin nucleating protein 2 and 3 (ARP2/3) complex. Loss of function of the protein disclosed an aberrant actin cytoskeleton, when compared to wild type, and thus also featured an altered microtubule cytoskeleton. Based on the actin and microtubule density in the mutant and wild type, presumptions could be made of how local outgrowth of cells might be restricted to a defined area. A similar trichome phenotype was observed in grl mutants. The GRL gene was identified through a gene candidate approach, revealing several mutations in the GRL gene. Protein homology analysis uncovered GRL as a homolog of the animal NAP125 protein. NAP125 is known to regulate the ARP2/3 complex. Phenotypical morphological analysis showed that grl exhibits the same plant defects, like pavement cell aberrations, hypocotyl cell and root hair defects, as observed in other distorted mutants. The cloning and identification of GRL suggested that the regulatory machinery to control the actin cytoskeleton is conserved in animals and plants. The spi mutant disclosed similar plant defects as described above, but the trichome alterations were more subtle and the root hairs were shorter than those of wild type. Map based cloning attempts, gene candidate approaches and sequencing of several spi mutant alleles led to the identification of SPI. The SPI gene encoded a 3600 amino acids long protein, with seven transmembrane-, one BEACH- and four WD40- domains and is thus a novel protein in determining cell shape. Based on the spi phenotype as well as on the protein domains, mentioned above, a function in membrane trafficking could be suggested.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Rolle von DISTORTED2, GNARLED und SPIRRIG in der Zellmorphogenese von Arabidopsis thaliana. German
Translated abstract:	Abstract Language Epidermale Blatthaare (Trichome) von Arabidopsis thaliana stellen durch ihre isolierte Position auf der Blattoberfläche, ein perfektes Modellsystem dar, um zellmorphologische Mutanten zu identifizieren. Drei "distorted" Mutanten, distorted2, gnarled und spirrig, wurden sowohl phänotypisch als auch molekular charakterisiert und diskutiert. Die dis2 Mutante zeigte charakteristische "distorted" Trichome, die klein und geschwollen waren. Die Klonierung des Gens erfolgte mittels eines Gen-Kandidaten-Klonierungsansatzes. Das DIS2 Gen kodiert für die Untereinheit ARPC2 des "actin related protein 2 and 3" (ARP2/3) Komplexes. Ein Funktionsverlust des Proteins führte zu einem veränderten Actin Zytoskelett. Diese Veränderung hatte auch Auswirkungen auf das Mikrotubulin Zytoskelett, das ebenfalls gegenüber dem Wildtyp verändert war. Aufgrund der unterschiedlichen Actin und Mikrotubulin Zytoskelettdichte, in der Mutante und im Wildtyp, konnten Vermutungen über den Prozess des Auswachsens eines definierten Bereiches einer Pflanzenzelle aufgestellt werden. Die grl Mutante zeigte einen ähnlichen Blatthaar-Phänotyp, sowie Veränderungen anderer Zelltypen. Ein Gen-Kandidaten-Klonierungsansatz und die darauf folgende Sequenzierung mutanter Allele erlaubte die Identifizierung des GRL Gens. Das GRL Protein ist homolog zum tierischen NAP125 Protein, das den ARP2/3 Komplex reguliert. Phänotypische morphologische Analysen zeigten, dass die grl Mutante dieselben Pflanzendefekte, wie veränderte epidermale Zellen, Hypokotyl- und Wurzelhaar- Defekte aufwies. Die Charakterisierung der grl Mutante und ihres Gens liessen vermuten, dass der regulatorische Apparat des Actin Zytoskelett in Pflanzen und Tieren sehr ähnlich ist. Die spi Mutanten zeigten ähnliche Phänotypen wie die bereits beschriebenen, jedoch waren die Blatthaar-Defekte schwächer ausgeprägt und die Wurzelhaare kürzer als die des Wildtyps. Die Klonierung von SPI wurde durch eine genaue Kartierung des Lokus auf Chromosom I, sowie durch die Vielzahl der spi Allele ermöglicht. SPI codiert ein 3600 Aminosäure langes Protein mit sieben Transmembran-, einer BEACH- und vier WD40- Domänen und stellt dadurch ein neuartiges Protein in der Festlegung der Zellform dar. Basierend auf dem Mutanten Phänotyp und den vorhergesagten Proteindomänen, wurde eine Funktion von SPI im "membrane trafficking" vermutet. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Saedler, Rainer phdthesis@saedler.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-15648
Date:	2005
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Biochemistry
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language ARP2/3 , SPIRRIG , GNARLED , DISTORTED2 , Zytoskelett German ARP2/3 , SPIRRIG , GNARLED , DISTORTED2 , cytoskeleton English
Date of oral exam:	29 May 2005
Referee:	Name Academic Title Krämer, Reinhard Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1564