Universität zu Köln

Salazar Rondon, Maria Claudia (2019). Role of evolutionary conserved MAP kinase C-terminal regions in transcriptional activation in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are central signaling components among eukaryotes that mediate intracellular signaling in numerous physiological processes. MAPKs cascades consist of three kinases, MAPKKKs, MAPKKs, and MAPKs whose activity is regulated through phosphorylation. The Arabidopsis thaliana MAPKs AtMPK3 and AtMPK6 modulate the function of substrates through phosphorylation and are positive immune regulators. However, AtMPK3 and AtMPK6 substrates are not fully understood, especially for transcription factors (TFs) that control immune transcriptional reprogramming. Only a few TFs (e.g., AtWRKY33, AtVIP1, AtERF6, AtERF104, and AtMYB44) are known to be phospho-targets of AtMPK3/6 during plant immunity. Here I identified 12 novel TFs interactors of AtMPK3 and or AtMPK6 through a large-scale yeast two-hybrid (Y2H) screening with a library composed of ̴ 1500 Arabidopsis TFs. Moreover, I found that when fused to a DNA binding protein, AtMPK3/6 activated transcription of reporter genes in yeast and that the C-terminus region of AtMPK3/6 was necessary and sufficient for this activation. Notably, this novel MAPK function was preserved in two transient expression systems of Arabidopsis. This MAPK C-terminus-mediated transcriptional activation was sequence-specific. Furthermore, consistently with the highly conserved amino acid sequences of MAPK C-terminal regions across kingdoms, all tested C-terminal domains of MAPKs from Arabidopsis thaliana, the early-diverged bryophyte Marchantia polymorpha, mammals, and yeast exhibited the ability for transcriptional enhancement. These results imply that MAPKs can activate transcription via the evolutionary conserved MAPK C-terminal domains when close to DNA. Taken together, this study broadens the knowledge of MAPKs immune signaling networks by identifiying 12 TFs interactors of AtMPK3 and or AtMPK6 and revealing a novel kinase-independent MAPK function, which may be conserved across eukaryotes.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) Kaskaden sind zentrale Signalkomponenten der Eukaryonten, die die intrazelluläre Signalübertragung in zahlreichen physiologischen Prozessen vermitteln. MAPK Kaskaden bestehen aus drei Kinasen, MAPKKKs, MAPKKs und MAPKs, deren Aktivität durch Phosphorylierung reguliert wird. Die Arabidopsis thaliana MAPK AtMPK3 und AtMPK6 verändern die Funktion von Substraten durch Phosphorylierung und sind positive Regulatoren der Immunantwort. Die Substrate von AtMPK3- und AtMPK6 sind jedoch nicht vollständig bekannt, insbesondere für Transkriptionsfaktoren (TFs), die die Reprogrammierung der Immuntranskription steuern. Es ist bekannt, dass nur einige TFs (z. B. AtWRKY33, AtVIP1, AtERF6, AtERF104 und AtMYB44) Phosphorylierungsziele von AtMPK3/6 während der pflanzlichen Immunantwort sind. In dieser Arbeit identifizierte ich 12 neue TF-Interaktoren von AtMPK3 und/oder AtMPK6 durch den Yeast-Two-Hybrid (Y2H) -Screen einer Bibliothek, die aus ∼1500 Arabidopsis-TFs bestand. Darüber hinaus stellte ich fest, dass AtMPK3/6 bei Fusion mit einem DNA-bindenden Protein die Transkription von Reportergenen in Hefe aktivierte, und dass die C-terminale Region von AtMPK3/6 für diese Aktivierung notwendig und ausreichend war. Bemerkenswerterweise blieb diese neuartige MAPK-Funktion in zwei transienten Expressionssystemen von Arabidopsis erhalten. Diese, durch den MAPK C-terminus vermittelte Transkriptionsaktivierung war sequenzspezifisch. In Übereinstimmung mit den hohen Aminosäuresequenzkonservierung zwischen den MAPK C-termini von Arabidopsis thaliana, dem früh divergierten Bryophyten Marchantia polymorpha, Säugetieren und Hefe wiesen diese C-termini ebenfalls die Fähigkeit zur Transkriptionsaktivierung auf. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass MAPK die Transkription über die evolutionär konservierten MAPK C-terminalen Domänen aktivieren können, wenn sie sich in der Nähe von DNA befinden. Zusammenfassend erweitert diese Studie das Wissen über das MAPK Signaltransduktionsnetzwerk während der Immunantwort, indem 12 TF Interaktoren von AtMPK3 and AtMPK6 identifiziert werden und eine neue Kinase-unabhängige MAPK Funktion entschlüsselt wird, welche möglicherweise innerhalb der Eukaryoten konserviert ist. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Salazar Rondon, Maria Claudia mariac.salazar.rondon@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-111972
Date:	27 May 2019
Place of Publication:	Köln Germany
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Mitogen-activated protein kinase (MAPK) English Plant immunity English Arabidopsis MPK3 and MPK6 English Transcription factors English Transcriptional activation English
Date of oral exam:	23 July 2019
Referee:	Name Academic Title Parker, Jane E. Prof. Dr. Zuccaro, Alga Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/11197