Universität zu Köln

Riese, Maike (2006). Strukturelle und funktionelle Untersuchungen der SBP-Box Gene in Physcomitrella patens. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

SBP-Box Gene bilden eine pflanzenspezifische Genfamilie, die wahrscheinlich für Transkriptionsfaktoren codieren. Außer der DNA-Bindedomäne, genannt SBP-Domäne, zeigen sie wenige konservierte Bereiche (Cardon et al., 1999). In A. thaliana gibt es 17 Mitglieder dieser Familie, die AtSPL-Gene genannt werden. Zu Beginn dieser Arbeit war über die Funktion der meisten SBP-Box Gene noch sehr wenig bekannt, da nur wenige vom Wildtyp abweichende Phänotypen beschrieben wurden. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnten 13 Mitglieder dieser Genfamilie in dem Laubmoos P. patens identifiziert werden, die PpSBP1-13 genannt wurden. Anhand einer phylogenetischen Rekonstruktion, die durch einen Vergleich der Exon-Intron Strukturen unterstützt wurde und vorhandener konservierter Bereiche außerhalb der SBP-Domäne konnten zwischen den PpSBP- und AtSPL-Genen vier Gruppen identifiziert werden. Zwei dieser Gruppen konnten in schon beschriebene Subfamilien eingeordnet werden. In allen PpSBP-Proteinen wurde ein Motiv ähnlich dem AHA-Motiv, eine bekannte Aktivierungsdomäne, gefunden werden. In den AtSPLs gibt es nur eine Variante dieses Motiv, AHA-like1 und dies zeigte eine transkriptionelle Aktivierung in Hefe. In den PpSBP-Proteinen gibt es drei Varianten von denen nur das AHA-like3 eine klare transkriptionelle Aktivierung in Hefe zeigte. Die Gene PpSBP3, 6 und 13 tragen die gleiche microRNA Zielsequenz für die miR156 wie einige SBP-Box Gene aus Samenpflanzen. Zumindest PpSBP3 ist ein Zielgen für die PpmiR156 (Arazi et al., 2005). Für die microRNA156 konnten zwei potentiell codierende Loci identifiziert werden, von denen mindestens einer, PpMIR156a, funktionell ist. Des Weiteren konnte gezeigt werden, ein PpMIR15 in Protoplasten aktiv ist und eine A. thaliana Zielsequenz erkennen kann. Im Laufe dieser Arbeit wurden konnte gezeigt werden, dass die Gene PpSBP3, 6 und 13 durch eine erhöhte Expression auf Cytokinin reagieren. Cytokinin fördert die Bildung von Knospen und wahrscheinlich spielen diese Gene in dem Prozess eine Rolle. Durch Gewinn- und Verlustmutanten konnten zum Teil erste Einblicke in eine mögliche Funktion einiger SBP-Box Gene gewonnen werden. Anhand von Veränderungen in dem Phänotyp der Gewinn- und Verlustmutanten für PpSBP1 und PpSBP4 kann die Vermutung geäußert werden, dass PpSBP1 wahrscheinlich eine Rolle bei der Transition von Chloronema zu Caulonema spielt und bei dem Auswachsen der Gametophoren beteiligt ist. Des Weiteren könnte es sein, das beiden Gene in der Signalkaskade von blauem Licht eine Rolle spielen und sie sich hemmend auf die Teilung der Zygote auswirken. Somit kann die Erforschung der SBP-Box Gene an einem weniger komplexen System wie P. patens uns zusätzliche Einblicke in die Funktion der Genfamilie geben.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language structural and functional analysis of SBP-box genes in Physcomitrella patens English
Translated abstract:	Abstract Language SBP-box genes encode a family of plant specific putative transcription factors. Beside the conserved DNA-binding domain, the different family members share limited sequence homology (Cardon et al., 1999). In Arabidopsis thaliana the SBP box genes are known as SPL-genes and form a family with 17 members. At the beginning of this thesis, only a few mutants were described and consequently there was little knowledge about the function of the SBP-box genes. During this work, I identified 13 members of the SBP box gene family in the moss P. patens, named PpSBP1-13. On the basis of the phylogenetic reconstruction, supported by the exon-intron structures and conserved domains outside the SBP-domain four groups of SBP-domain proteins could be identified. Two of them belong to previous described subfamilies (Cardon et al., 1999). In all PpSBP proteins a conserved motive, related to the AHA-motive described as an activation domain, was found. In the AtSPLs was only one variant found AHA-like1, which shows a transcriptional activation in yeast. In the PpSBPs I could discriminate three variants, of which only the AHA-like3 variant shows a transcriptional activation in yeast. The genes PpSBP3, 6 and 13 show the same microRNA156 target site as known for several seed plants SBPs. At least PpSBP3 was shown to be a target for the PpmiR156 (Arazi et al., 2005). In addition, I identified two potential coding loci for the PpmiR156 and could show that at least PpMIR156a is likely to be functional. Furthermore, it was shown that the PpmiR156 can recognize an A. thaliana target site and that the PpMIR156 is active in moss protoplasts. In the course of this study I could demonstrate that the expression of the genes PpSBP3, 6 and 13 raises after application of cytokinin to the growth medium. As cytokinin plays a role in the formation of buds, this suggests that these genes play a role in bud formation. Through the generation of gain and loss-of function transgenic lines for several of SBP-Box genes I got a first hint about their role in development. Based on changes in the phenotype in the gain- and loss-of function mutants for PpSBP1 and PpSBP4, it is likely that PpSBP1 play a role in the transition from chloronema to caulonema and in the growth of gametophores. In addition both genes could play a role in blue light signalling. Furthermore PpSBP1 and PpSBP4 probably repress division of the zygote. Consequently the investigation of the SBP-box genes in a less complex organism like P. patens could provide additional insights into the function of this genfamilie. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Riese, Maike riese@mpiz-koeln.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-19788
Date:	2006
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language SBP-Box Gene , Moos , microRNA , Evolution , Cytokinin German SBP-box genes , moss , microRNA , evolution , cytokinin English
Date of oral exam:	3 December 2006
Referee:	Name Academic Title Saedler, Heinz Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1978