Universität zu Köln

Rolauffs, Sebastian (2012). On the interaction of light and auxin signalling in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The COP1/SPA complex is a central regulator of photomorphogenesis in Arabidopsis. COP1 is required for the elongation response of the hypocotyl to a low red light to far-red light ratio (R:FR ratio), which is caused by close neighbours in natural habitats. In this study, it was shown that SPA genes were also essential for elongation responses to low R:FR conditions. SPA1 and SPA4 were the main SPA genes that regulate the responses of seedlings. Close neighbours also trigger an elongation response of leaf petioles. Here, the SPA genes and COP1 were essential. Flowering is accelerated by low R:FR conditions and the COP1/SPA complex is a regulator of flowering time in SD. It was shown that neither COP1 nor SPA genes had a function in the acceleration of flowering in response to low R:FR conditions. A promoter-swap analysis of SPA1 and SPA2 revealed a function for SPA2 in the elongation response of the hypocotyl to simulated shade, but only when expressed from the SPA1 promoter. Furthermore, genetic interaction studies showed that spa mutations interacted with the hfr1 mutation in the elongation response of the hypocotyl to low R:FR, indicating that over-accumulation of HFR1 may contribute to the lack of elongation response of spa and cop1 mutants. Genetic interaction studies also revealed a genetic interaction of the cop1 mutation with the phyB mutation and of spa mutations with the phyA mutation in the hypocotyl elongation response to low R:FR. Moreover, a tissue-specific function for SPA1 in the elongation response to low R:FR was found in the epidermis, while seedling growth in darkness and light was largely controlled by expression of SPA1 in the phloem. Furthermore, it was shown that the increase of the auxin signalling by low R:FR conditions was absent from two spa mutants and that the transcript levels of YUC8, an auxin biosynthesis gene, were unresponsive to low R:FR in a spa mutant, while up-regulated in the WT. Moreover, auxin signalling was found to be altered in spa mutants at the seedling stage in darkness and light and in adult leaves, which suggests that altered auxin signalling may contribute to the aberrant seedling phenotype and dwarfed growth of spa mutants. It is known that a number of auxin-induced genes are light-repressed, but whether the light-regulation is indirect via auxin or direct is not fully resolved. Here, two G-Box core motifs of the IAA19 promoter were shown to contribute to the light-regulation of the IAA19 gene, while an auxin response element (AuxRE), but not the G-Box present in the SAUR-AC1-l promoter was contributing to the light-regulation of the SAUR-AC1-l gene. This supports the notion that light signalling can directly act on promoter activity of target genes, but can also regulate genes via manipulation of hormonal pathways.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der COP1/SPA Komplex ist ein zentraler Regulator der Photomorphogenese in Arabidopsis. COP1 wird für die Streckungsantwort des Hypokotyls bei einem niedrigen Verhältnis von Rotlicht zu Dunkelrotlicht (R:FR) benötigt, welches durch dichtstehende Nachbarn an natürlichen Standorten auftreten kann. In dieser Studie wurde gezeigt, dass SPA Gene essentiell für Streckungsantworten bei niedrigen R:FR Bedingungen sind. Von den SPA Genen waren vor allem SPA1 und SPA4 für die Keimlingsantworten zuständig. Nachbarn lösen auch eine Streckungsantwort der Blattstiele aus. Hierbei waren die SPA Gene und COP1 essentiell. Die Blütenbildung wird durch niedrige R:FR Bedingungen beschleunigt und der COP1/SPA Komplex reguliert den Blühzeitpunkt im Kurztag. Es wurde gezeigt, dass weder COP1 noch SPA Gene eine Funktion in der Beschleunigung der Blütenbildung in niedrigen R:FR Bedingungen haben. Eine Promotor-Tausch-Analyse von SPA1 und SPA2 in der Hypokotylstreckungsantwort auf niedrige R:FR Bedingungen enthüllte eine potentielle Funktion für SPA2 in diesem Prozess, allerdings nur, wenn SPA2 unter der Kontrolle des SPA1 Promoters exprimiert wurde. Genetische Interaktionsstudien zeigten, dass spa Mutationen mit der hfr1 Mutation in der Hypokotylstreckungsantwort bei niedrigen R:FR Bedingungen interagieren. Dies deutet darauf hin, dass eine Akkumulierung von HFR1 in den spa und cop1 Mutanten zum Fehlen der Streckungsantwort beitragen könnte. Genetische Interaktionsstudien zeigten auch eine Interaktion von der cop1 und der phyB Mutation und von spa Mutationen mit der phyA Mutation in der Hypokotylstreckungsantwort auf niedrige R:FR Bedingungen. Außerdem wurde bei einer gewebespezifischen Analyse eine Funktion von SPA1 in der Epidermis gefunden, während die Expression von SPA1 im Phloem auf die meisten Entwicklungen von Keimlingen dominiert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass eine Zunahme der Auxinsignaltransduktion in R:FR Bedingungen in spa Mutanten nicht stattfindet. Die Transkriptmengen von YUC8, einem Auxinbiosynthesegens, die im WT hochreguliert wurden, reagierten in den spa Mutanten nicht auf niedrige R:FR Bedingungen. Die Auxinsignaltransduktion war in spa Mutanten auch im Keimlingsstadium in Dunkelheit und monochromatischem Licht verändert und in Blättern, was darauf hindeuten könnte, dass eine veränderte Auxinsignaltransduktion zu den veränderten Keimlingsphänotypen und dem Zwergwachstum der spa Mutanten beitragen könnte. Es ist bekannte, dass eine Anzahl von auxin-induzierten Genen lichtreprimiert ist, aber, ob diese Lichtregulation direkt oder indirekt über Auxin funktioniert ist noch nicht geklärt. In diesem Zusammenhang konnten für zwei G-Box Motive des IAA19 Promoters eine Beteiligung an der Lichtregulation von IAA19 gezeigt werden, während ein Auxinantwortselement (AuxRE), aber nicht die G-Box im SAUR-AC1-l Promotor zur Lichtregulation des SAUR-AC1-l Genes beitrug. Dies befürwortet die Ansicht, dass die Lichtsignaltransduktion direkt die Promotoraktivität von Zielgenen beeinflussen kann, aber auch über die Manipulation von Hormonsignalwegen Gene reguliert. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Rolauffs, Sebastian rolauffs@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-47692
Date:	7 May 2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Botanical Institute
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Light, Auxin, SPA, COP1, shade avoidance, SAS, HFR1, XTR7, IAA19, SAUR AC1-l English
Date of oral exam:	22 June 2012
Referee:	Name Academic Title Höcker, Ute Prof. Dr. Hülskamp, Martin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4769