Molecular and biochemical analysis of trichome patterning in arabidopsis thaliana

Dartan, Burcu (2008). Molecular and biochemical analysis of trichome patterning in arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In the Arabidopsis leaf epidermis, a de novo patterning mechanism is responsible for the non-random distribution of trichomes. Whether an epidermal cell becomes a trichome or not, is determined by the interplay of MYB-bHLH-WD40 proteins. These proteins are regulating the expression of genes required for initiation of trichomes. The trichome pattern formation in Arabidopsis leaves has been investigated by genetic analyses of trichome initiation mutants and yeast two-hybrid interactions among these trichome patterning proteins. Additionally, the comparison to similar mechanisms, such as root hair patterning has revealed further insights. However, biochemical information about specific intrinsic properties of the trichome patterning proteins and their direct protein-protein and DNA-protein interactions is still rare. In this study, bacterial expression and purification of the GL1, GL3, EGL3, TTG1 and TRY proteins, which serve as the key components of the MYB-bHLH-WD40 complex, is successfully performed for the first time. GST pull-down experiments conducted with these purified proteins reveal direct and novel interactions among the members of the MYB-bHLH-WD40 complex. Moreover, TTG2, a recently identified regulator of trichome development, is bacterially expressed, purified and analysed for its in vitro protein interactions via GST pull-down and affinity purification experiments. Specific antibodies against GL1, EGL3, TTG1, TTG2 and TRY proteins are also produced, purified and tested for detection of these proteins from Arabidopsis plant extracts. These pure proteins and antibodies pave the way to future biochemical experiments investigating protein-protein as well as protein-DNA interactions, protein mobility and posttranslational modifications, with the aim to answer open questions for understanding of the trichome patterning.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Für die nicht zufällige Verteilung von Trichomen in der Blattepidermis von Arabidopsis thaliana ist ein de novo Musterbildungsmechanismus verantwortlich. Dabei bestimmt das Zusammenspiel von MYB-, bHLH- und WD40 Proteinen, ob eine epidermale Zelle Trichom wird oder nicht. Diese Proteine regulieren die Expression der Gene, die für die Initiation von Trichomen erforderlich sind. Zur Untersuchung der Trichommusterbildung wurden genetische Analysen von Trichominitiationsmutanten in Arabidopsis Blättern, sowie Hefe-Zwei-Hybrid Studien mit den Trichommusterbildungsproteinen durchgeführt. Außerdem lieferte der Vergleich mit ähnlichen Mechanismen wie der Wurzelhaarmusterbildung mehr Einblicke. Bis heute sind biochemische Informationen über die spezifischen, intrinsischen Eigenschaften der Trichommusterbildungsproteine und ihre direkten Protein-Protein-, sowie Protein-DNA Wechselwirkungen immer noch rar. In dieser Arbeit wurde die bakterielle Expression und Reinigung der Proteine GL1, GL3, EGL3, TTG1 und TRY, die als die Schlüsselkomponenten des MYB-bHLH-WD40-Komplexes dienen, das erste Mal erfolgreich ausgeführt. GST-Pull-Down Experimente mit den hier aufgereinigten Proteinen zeigen direkte und neue Interaktionen zwischen den Komponenten des MYB-bHLH-WD40-Komplexes. Des weiteren wurde TTG2, ein vor kurzem entdeckter Regulator der Trichomentwicklung, bakteriell erfolgreich exprimiert, gereinigt und für die Analyse von in vitro Protein-Interaktionen via GST-Pull-Down und Affinitätsreinigungs-experimente benutzt. Ebenso wurden spezifische Antikörper gegen GL1, EGL3, TTG1, TTG2 und TRY Proteine produziert, gereinigt und für die Detektion des jeweiligen Proteins aus Arabidopsis Pflanzenextrakten getestet. Diese gereinigten Proteine ebnen den Weg für, biochemische Experimente, die die Untersuchung von Protein-Protein- und Protein-DNA-Interaktionen, Proteinbeweglichkeiten und posttranslationale Proteinmodifikationen zum Ziel haben, um offene Fragen zum Verständnis der Trichommusterbildung zu beantworten.

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