Transcriptional control of FLOWERING LOCUS T in Arabidopsis - Kölner UniversitätsPublikationsServer

Adrian, Jessika (2009). Transcriptional control of FLOWERING LOCUS T in Arabidopsis. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

The transition to flowering is controlled by genetic pathways which integrate environmental cues and the developmental state of the plant. In Arabidopsis thaliana, the photoperiod, vernalization, and autonomous pathways converge at the level of transcriptional regulation of the floral integrator gene FLOWERING LOCUS T (FT). Only under inductive long-day (LD) conditions CONSTANS (CO) protein accumulates in the leaf vasculature and activates FT expression. As part of the systemic flowering signal, FT protein moves through the phloem to the shoot apex where it initiates meristem identity changes. To understand the molecular mechanism of flowering time regulation mediated by FT, cis-regulatory sequences of FT were identified in the present study. A FT promoter region between 4.0 and 5.7 kb upstream of the start codon was found to be essential for FT expression. This region contains a sequence stretch of 430 bp (block A) that is highly conserved within Brassicacea. The FT locus is associated with the transcriptional repressor TERMINAL FLOWER 2 (TFL2) but the conserved block A in the promoter coincides with a locally TFL2-depleted region. Expression analysis of FT promoter deletion constructs in tfl2 background revealed that TFL2 mediates FT repression via sequences 1.0 to 4.0 kb upstream of FT. The proximal promoter of FT contains a 360 bp region that is highly conserved within Brassicacea (block D). Mutational analysis of short conserved �shadows� within this region suggested a role in the CO-mediated activation of FT based on transient expression studies. Analysis of the mutated elements in the context of the full-length FT promoter in stably transformed plants confirmed that a 6 bp motif (named S1) is essential for FT expression. Endogenous signals and vernalization promote flowering through repression of FLOWERING LOCUS C (FLC). FLC has been proposed to repress FT by binding to a region of intron 1 of FT. Analysis of transgenes either containing or lacking the first intron of FT in high FLC expressing plants, revealed that FLC can repress FT through the promoter sequences also. Interestingly, a genomic FT construct containing the full-length FT promoter and the genomic region with all introns but lacking the 3�-untranslated region is not expressed and cannot complement the ft mutant phenotype. These data demonstrate a negative regulatory role conferred by the structural FT gene and indicate that positive regulatory regions are present downstream of FT.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Die Regulation der Blütenbildung unterliegt verschiedenen genetischen Signalwegen, die den Wechsel von vegetativem zu reproduktivem Wachstum an Unweltbedingungen als auch an das Entwicklungsstadium der Pflanze anpassen. In Arabidopsis thaliana laufen der photoperiodische, der vernalisationsabhängige und der autonome Signalweg auf der Ebene der transkriptionellen Regulation des Blühzeitpunktgens FLOWERING LOCUS T (FT) zusammen. Nur unter induktiven Langtagbedingungen akkumuliert CONSTANS (CO)-Protein in den Leitgefäßen der Blätter und aktiviert die Expression von FT. Als Komponente eines blühteninduzierenden Signals wandert das FT-Protein durch das Phloem in das Sproßmeristem und induziert dort die Blütenbildung. Um ein besseres Verständnis zu erlangen, wie die Blühinduktion auf der Ebene des FT-Gens übermittelt wird, wurden in der vorliegenden Studie regulatorische Sequenzen von FT identifiziert. Dabei stellte sich ein Sequenzbereich 4.0 bis 5.7 kb oberhalb des Startkodons als essentiell für die Expression von FT heraus. Sequenzvergleich homologer FT-Gene anderer Brassicacea ergab, dass dieser Bereich eine 430 bp lange hoch konservierte Region (Block A) enthält. Obwohl der transkriptionelle Repressor TERMINAL FLOWER 2 (TFL2) fast den gesamten FT-Genlokus bindet, fällt Block A mit einer lokalen TFL2-armen Region zusammen. Expressionsanalyse mit FT-Promoterdeletionskonstrukten in tfl2-Pflanzen zeigte, dass TFL2 die Repression der FT-Transkription durch einen Sequenzbereich 1.0 bis 4.0 kb oberhalb des Startkodons übermittelt. Die phylogenetische Analyse zeigte zudem, dass eine 360 bp lange Region (Block D) im proximalen Promoterbereich von FT hoch konserviert ist. Analyse von proximalen FT-Promoteren mit Mutationen in konservierten Elementen in einem transienten Expressionsversuch, ließ auf eine mögliche Funktion in der CO-abhängigen Aktivierung schließen. Untersuchungen der mutierten konservierten Elemente in transgenen Pflanzen, zeigten einen Einfluss des 6 bp langen Motivs (S1) auf die Regulation von FT. Vernalisation und der autonome Signalweg fördern die Blütenbildung durch Repression von FLOWERING LOCUS C (FLC). FLC unterdrückt die Expression von FT durch direktes Binden an Intron 1. Expressionsanalysen mit verschiedenen Transgenen zeigten, dass FLC FT zudem durch Sequenzen im Promoter hemmen kann. Interessanter Weise, ist ein genomisches FT-Konstrukt, das auch die Intronsequenzen beinhaltet nicht aber die 3�-untranslatierte Region, nicht in der Lage FT zu exprimieren und den ft-Phänotypen zu komplementieren. Diese Beobachtung weist der Sequenz des FT-Strukturgenes eine negative regulatorische Funktion zu und deutet an, dass es positive regulatorische Sequenzen unterhalb von FT gibt.

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