Universität zu Köln

Trichommusterbildung in Arabidopsis thaliana ist ein gutes Modellsystem, um zweidimensionale Musterbildung in Pflanzen zu untersuchen. Laterale Inhibition während der Trichommusterbildung kann theoretisch entweder durch aktive Inhibition oder durch Entfernung von Trichom fördernder Aktivität (z.B. Depletion) erreicht werden. Vor kurzem publizierte Daten haben eine Rolle des Aktivator- Depletionsmechanismus in der Trichommusterbildung vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass das TTG1 Protein in den Trichom umgebenden Epidermiszellen depletiert und in den Trichominitialen akkumuliert wird. In der hier vorliegenden Studie habe ich mich auf die Charakterisierung des molekularen Mechanismus und der Rolle des Festhaltens von TTG1 während der Trichommusterbildung konzentriert. Ich zeigte, dass die Entfernung des bHLH Faktors GL3 in dem Verlust der TTG1 Depletion resultiert, was deutlich suggeriert, dass die TTG1 Depletion GL3 abhängig ist. Zellen, die ein hohes Level von GL3 exprimieren, zeigen einen positiven Effekt auf die Kernlokalisation des TTG1 Proteins. Ebenso wirkt GL3 der TTG1 Mobilität sowohl innerhalb als auch zwischen Gewebeschichten entgegen. Koexpression von GL3 und TTG1 in der Subepidermis blockiert die Mobilität von TTG1 von der Subepidermis in die Epidermis. Innerhalb der Epidermis ist das TTG1 Protein in Trichominitialen im Vergleich zu anderen Epidermis zellen weniger frei sich zu bewegen. Ähnlich wird TTG1, das in eine Trichominitiale diffundiert ist, effizienter zurückgehalten als TTG1, das in eine andere epidermale Zellen diffundiert ist. Dies korreliert sehr gut mit dem Expressions- und Lokalisationsmuster von GL3, welches bevorzugt in Trichominitialen exprimiert wird. Diese Beobachtung wird weiter durch die Tatsache bestärkt, dass in 35S:GL3 Linien die Depletion aufgrund des Festhaltens von TTG1 in allen epidermalen Zellen verloren gegangen ist. Zusammenfassend zeigen diese Daten klar, dass GL3 TTG1 im Kern der Trichominitialen festhält. Schwache Allele von ttg1, die Trichomcluster produzieren, wurden benutzt, um die biologische Relevanz der Depletion zu testen. Interessanter Weise zeigten die schwachen Allele von TTG1 im Hefesystem entweder eine schwache oder keine Interaktion mit GL3 und waren nicht in der Lage im Kern festgehalten zu werden. Dies führte zu dem Postulat, dass die Interaktion von schwachen TTG1 Allelen mit GL3 zwar ausreichend ist Trichome zu initiieren, aber nicht ausreicht TTG1 in den Kern zu ziehen/ festzuhalten, was zum Verlust der TTG1 Depletion in den Trichomnachbarzellen und damit zur Clusterbildung führt. Eine Grenzkonzentration von TTG1 im Kern scheint kritisch für die korrekte Verzweigung von Trichomen zu sein. Diese Vermutung korreliert sehr gut mit dem Unterverzweigungsphänotyp von schwachen ttg1 Allelen, in denen das im Kern lokalisierte TTG1 aufgrund der schwachen/ fehlenden Interaktion mit GL3 als geringer erwartet wird. Die Mobilitätsdomäne in TTG1, die nicht alleine, aber teilweise verantwortlich für die TTG1 Beweglichkeit zwischen den Gewebeschichten ist, wurde auf wenige Aminosäuren im N-Terminus von TTG1 eingeschränkt. Eine mögliche TTG1 Transportinhibitor-Mutante (tti), die spezifisch den Transport von TTG1 aus der Subepidermis in die Epidermis von Blättern und Samen inhibiert, wurde in einem EMS-Mutagenese-Screen von ttg1pRBC:TTG1 Pflanzen isoliert. Die Anwendung des photokonvertierbaren Markers KikGR1 in Pflanzen wurde zum ersten Mal gezeigt. Dieser wurde dann erfolgreich benutzt, um die Mobilität von TTG1 in der Blattepidermis zu studieren.

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