Schrader, Andrea
(2011).
Identification of novel regulators of COP1-controlled
morphogenesis in Arabidopsis thaliana.
PhD thesis, Universität zu Köln.
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Abstract
In Arabidopsis thaliana, COP1 is an essential element of light signal transduction acting downstream
of photoreceptors and upstream of light-regulated gene expression. The COP1 protein acts as part of
an E3 ligase complex to suppress photomorphogenic gene expression by ubiquitin-dependent
degradation of light-regulated transcription factors. In dark-grown seedlings, the repression of
photomorphogenesis involves the inhibition of hypocotyl growth, anthocyanin accumulation,
expression of light-responsive genes, differentiation of etioplasts and prevention of apical hook
formation. Loss of COP1 function leads to a pleiotropic phenotype comprising of constitutive
photomorphogenesis in the dark and resulting in a post-germination growth arrest. The vegetative
growth arrest of cop1 mutants, a possible role of COP1 concerning the cell cycle and the molecular
factors regulating the nucleocytoplasmic partitioning of COP1 exemplify aspects of COP1 function
and regulation that are poorly understood until now.
This work aimed at the identification of regulators of COP1-controlled morphogenesis to contribute
to a better dissection of the latter. In yeast two hybrid screenings (YTH) 32 new interaction
candidates for COP1 were identified and a purpose oriented selection was performed. In order to
select a putative regulator of COP1, all COP1 and additional DET1 interaction candidates were
integrated in a network of published interactors. Out of the network and the screening results PAP2
(PRODUCTION OF ANTHOCYAN PIGMENT) was identified and selected as a putative new target. MID
(= MIDGET) was selected as a putative new regulator of COP1, respectively.
MID is a part of the topoisomerasis VI (TOPOVI) complex that is needed to complete more than two
endocycles in plant cells. This work provides evidence for a physical interaction of MID and PAP2 with
COP1.
In addition, a new YTH-based domain mapping method was developed and used to identify so far
unknown domains of PAP2 for the interaction with COP1 and for COP1 for the interaction with MID
and TOPOVI components. Similar to cop1, mid and topoisomerase VI mutants exhibited all aspects of
constitutive pohotomorphogenesis in the dark. Double mutant analysis indicated that MID is not a
target of COP1. In infiltrated leaves of Nicotiana benthamina, the presence of MID is needed for
COP1 to form a high number of subnuclear foci. MID and the TOPOVI were shown to be essential
regulators of COP1 function probably by stabilising COP1 and thereby adding a new cell-cycle related
factor to the regulation of COP1 activity. The functional relevance of the MID-COP1 interaction was
proven by analysing phenotypes of the single mutants and genetic interaction. First evidence
positioning MID in a SPA1 and phyA-dependent complex or pathway were obtained by the
verification of the SPA1-MID interaction via BiFC, co-purification of MID with phyA and analysis of the
protein stability of MID depending on light quality. Finally it was found that mid and topoVI mutants
phenocopy det1-1 mutants and overexpressor lines of the C-termini of CRY1 and CRY2, possibly
providing a new link to crosstalk between red and blue light mediated signaling.
Item Type: |
Thesis
(PhD thesis)
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Translated title: |
Title | Language |
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Identifikation von neuen Regulatoren für COP1-kontrollierte Morphogenese in Arabidopsis thaliana. | UNSPECIFIED |
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Translated abstract: |
Abstract | Language |
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COP1 ist ein essentielles Element, ein Regulator, in der Lichtsignaltransduktion in Arabidopsis
thaliana. Dieser Regulator ist auf einer Ebene aktiv, die sich „unterhalb“ der Photorezeptoren und
„oberhalb“ der Genexpression befindet. Das COP1 Protein ist Teil eines E3 Ligase Komplexes, der
photomorphogenetische, lichtabhängige Genexpression durch Ubiquitin-abhängigen Abbau
lichtregulierter Transkriptionsfaktoren unterdrückt. Bei im Dunkeln gewachsenen Keimlingen umfasst
die Unterdrückung der Photomorphogenese die Hemmung des Hypokotylwachstums, Anthocyan-
Ansammlung, Expression von Licht-regulierten Genen, Differenzierung von Etioplasten und
Verhinderung der Bildung eines apikalen Hakens. Der Verlust der COP1-Funktion führt zu
pleiotropischen Effekten, bestehend aus konstitutiver Photomorphogenese im Dunklen und resultiert
in einem Wachstumsdefekt nach der Keimung. Beispiele für Aspekte der COP1 Funktion und
Regulation sind der vegetative Wachstumsstopp von cop1 Mutanten, eine mögliche Rolle von COP1
bzgl. des Zellzyklus und die molekularen Faktoren, die den Kern-Zytoplasma Transport von COP1
regulieren. Diese sind bisher schlecht verstanden.
Diese Arbeit zielte auf die Identifikation von Regulatoren COP1-kontrollierter Morphogenese, um ein
besseres Verständnis dieser Effekte zu gewinnen. Über Hefe - Zwei - Hybrid Screenings wurden 32
neue Interaktionskandidaten für COP1 identifiziert und eine zweckorientierte Selektion durchgeführt.
Alle Interaktionskandidaten für COP1 und zusätzlich für DET1 wurden in ein Netzwerk aus
publizierten Interaktionen integriert, um neue putative Regulatoren von COP1 zu selektieren. Mit
PAP2 (PRODUCTION OF ANTHOCYAN PIGMENT) wurde ein putatives Ziel und MID (MIDGET) ein
putativer, neuer Regulator von COP1 erfolgreich identifiziert und selektiert.
MID ist Teil des Topoisomerase VI–Komplexes (TOPOVI), der benötigt wird, um mehr als zwei
Endocyclen in Pflanzenzellen zu beenden. Diese Arbeit weist eine direkte Interaktion von MID und
PAP2 mit COP1 nach.
Zusätzlich wurde eine neue Hefe-Zwei-Hybrid basierende Domänen-Kartierungs-Methode entwickelt
und genutzt, um bisher unbekannte Domänen von PAP2 für die Interaktion mit COP1 und von COP1
für die Interaktion mit MID und TOPOVI-Bestandteilen zu identifizieren. Ähnlich wie cop1 weisen mid
und topoVI Mutanten im Dunklen alle Aspekte konstitutiver Photomorphogenese auf.
Doppelmutantenanalysen weisen darauf hin, dass MID kein Ziel von COP1 ist. In infiltrierten Blättern
von Nicotiana benthamiana war die Anwesenheit von MID nötig für COP1, um eine hohe Anzahl an
subnukleären Foki zu bilden. Für MID und die TOPOVI wurde gezeigt, dass sie möglicherweise durch
Stabilisation essentielle Regulatoren der COP1 Funktion sind. Die funktionale Relevanz der MIDCOP1-
Interaktion konnte durch Analyse von Einzelmutanten und genetische Interaktion bewiesen
werden. Erste Nachweise, die MID in einen SPA1 / phyA abhängigen Komplex oder pathway stellen,
wurden durch Verifikation der SPA1-MID-Interaktion per BiFC, Ko-purifizierung von MID mit phyA
und Analyse der Proteinstabilität von MID in Abhängigkeit von der Lichtqualität erbracht. Schließlich
wurde festgestellt, dass mid und topoVI Mutanten eine Kopie des Phänotyps von det1-1 Mutanten
und Überexpressions-Linien der C-Termini von CRY1 und CRY2 sind. Damit ergeben sich neue
Hinweise auf eine mögliche Verbindung zwischen Rotlicht- und Blaulicht-abhängige Regulationsmechanismen. | German |
|
Creators: |
Creators | Email | ORCID | ORCID Put Code |
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Schrader, Andrea | Andrea.Schrader@uni-koeln.de | UNSPECIFIED | UNSPECIFIED |
|
URN: |
urn:nbn:de:hbz:38-42219 |
Date: |
May 2011 |
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 |
---|
COP1 | English | MIDGET | English |
|
Date of oral exam: |
9 June 2010 |
Referee: |
Name | Academic Title |
---|
Uhrig, Joachim F. | PD Dr. | Höcker, Ute | Prof. Dr. |
|
Refereed: |
Yes |
URI: |
http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4221 |
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