Universität zu Köln

Selbach, Kristina (2012). Funktionelle Analyse des SCAR/WAVE- und Exocyst-Komplexes hinsichtlich der Zellmorphogenese in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The site-specific formation of an actin cytoskeleton is part of the morphogenesis of plant cells. The ARP2/3 complex and its activator, the SCAR/WAVE complex, induce actin polymerization. The SCAR/WAVE complex consists of the subunits SCAR, BRICK, NAP, PIR and ABIL. Vesicle transport and secretion are another aspect of morphogenesis. The Exocyst complex, which consists of the subunits Sec3, Sec5, Sec6, Sec8, Sec10, Sec15, Exo70 and Exo84, is involved in secretion through its role in exocytosis. Exocyst subunits of the complex from Arabidopsis thaliana also interact with subunits of SCAR/WAVE- and ARP2/3 complexes. In contrast to ABI in metazoen, one result of this work showed that both the N-terminus and the C-terminus of ABIL3 interact with SCAR, NAP and PIR. In contrast to this, Exo70B2 only interacts with the C-terminus of ABIL3. Overexpression of the N-terminus of ABIL3 resulted in longer roots in Arabidopsis thaliana, as it is also known for a line of amiRNA ABIL3. The overexpression of a C-terminal fragment of Sec10 in Arabidopsis thaliana also showed longer roots. In contrast, the overexpression of the N-terminus caused shorter roots and reduced complexity of the pavement cells. Pavement cells are model cells for cell morphology and were part of the analysis of Exocyst mutants. For the heterozygous exo84b-2-mutant a not yet described phenotype could be detected: In addition to a reduced complexity of the pavement cells, the mutant is also smaller and has shorter siliques with less seeds. A part of the seeds looks dessicated and shows no mucilage. The analysis of sec6- and sec8-mutants in the vegetative stage is not possible because of the male gametophytic lethality. Therefore, introduced Sec6 of a homozygous rescued sec6-plant should be removed by using the Cre-recombinase of the Cre/Lox-system. For this purpose, the functionality of an inducible Cre-recombinase was demonstrated in this work by establishing a control: Overexpressed TRY in Col-0 leads to leaves with less trichomes. After induction of the Cre-recombinase TRY could be removed so that the plants showed the wild-type phenotype. Regarding the functional link between the SCAR/WAVE and Exocyst complex it was shown that ABIL3 interacts via the C-terminus with Exo70B2 and overexpression of ABIL3- and Sec10-fragments led to changes in root length in Arabidopsis thaliana.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die ortsspezifische Ausbildung eines Aktinzytoskeletts ist Teil der Zellmorphogenese pflanzlicher Zellen. Daran beteiligt ist der ARP2/3-Komplex, der nach Aktivierung über den SCAR/WAVE-Komplex Aktinpolymerisation induziert. Der SCAR/WAVE-Komplex besteht aus den Untereinheiten SCAR, BRICK, NAP, PIR und ABIL. Vesikeltransport und -sekretion sind ein weiterer Aspekt der Zellmorphogenese. Der Exocyst-Komplex, der aus den Untereinheiten Sec3, Sec5, Sec6, Sec8, Sec10, Sec15, Exo70 und Exo84 besteht, ist an Sekretionsvorgängen durch seine Rolle bei der Exozytose beteiligt. Untereinheiten des Exocyst-Komplexes aus Arabidopsis thaliana interagieren zudem mit Untereinheiten des SCAR/WAVE- und ARP2/3-Komplexes. Im Unterschied zu ABI in Metazoen konnte in dieser Arbeit über Interaktionsstudien für ABIL3 gezeigt werden, dass sowohl der N-Terminus als auch der C-Terminus mit SCAR, NAP und PIR interagieren. Für die Interaktion mit Exo70B2 konnte gezeigt werden, dass nur der C-Terminus von ABIL3 interagiert. Die Überexpression des N-Terminus von ABIL3 führte in Arabidopsis thaliana zu längeren Wurzeln, wie es auch für eine amiRNA-Linie von ABIL3 bekannt ist. Die Überexpression eines C-terminalen Fragments von Sec10 in Arabidopsis thaliana ergab auch längere Wurzeln. Im Gegensatz dazu führte die Überexpression des N-Terminus von Sec10 zu kürzeren Wurzeln und reduzierter Komplexität der Pavement-Zellen. Pavement-Zellen sind geeignete Modellzellen der Zellmorphologie und waren ein Aspekt der Analyse von Exocyst-Mutanten. Dabei konnte ein noch nicht beschriebener Phänotyp für die heterozygote exo84b-2-Mutante entdeckt werden: Neben einer reduzierten Komplexität der Pavement-Zellen ist die Mutante zudem kleiner und zeigt kürzere Schoten mit weniger Samen. Ein Teil der Samen erscheint vertrocknet und besitzt keine Schleimhülle. Die Mutantenanalyse im vegetativen Stadium von sec6 und sec8 ist aufgrund der männlich gametophytischen Letalität nicht durchführbar. Daher sollte über das Cre/Lox-System Sec6 im vegetativen Stadium einer homozygoten geretteten sec6-Pflanze durch die Cre-Rekombinase entfernt werden. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen dieser Arbeit die Funktionsfähigkeit einer induzierbaren Cre-Rekombinase durch die Etablierung einer Kontrolle gezeigt: In Col-0 überexprimiertes TRY führt zu Blättern mit wenig Trichomen. Nach Induktion der Cre-Rekombinase konnte TRY entfernt werden, so dass die Pflanzen wieder wildtypisch erschienen. Hinsichtlich der funktionellen Verbindung zwischen dem SCAR/WAVE- und Exocyst-Komplex konnte gezeigt werden, dass ABIL3 über den C-Terminus mit Exo70B2 interagiert und Überexpressionen von ABIL3- und Sec10-Fragmenten zu veränderten Wurzellängen in Arabidopsis thaliana führen. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Selbach, Kristina k.selbach@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Contributors:	Institut Botanik, Lehrstuhl 3, Universität zu Köln
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-46841
Date:	2012
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Botanical Institute
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Zellmorphogenese, Arabidopsis thaliana, Exozytose, Aktin, Exocyst, ARP2/3, ABIL3, Sec10, Sec6, Sec8, Cre/Lox German
Date of oral exam:	26 January 2012
Referee:	Name Academic Title Hülskamp, Martin Prof. Dr. Höcker, Ute Prof.Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4684