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Molecular Analysis of a Major Carpel Developmental Regulator: CRABS CLAW’s Protein Domains and Non-Cell-Autonomous Action

Molekulare Analyse eines Hauptregulators der Karpellentwicklung: CRABS CLAWs Protein Domänen und nicht-zell-autonome Funktion

Groß, Thomas


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-148384
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2019/14838/


Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Botanik
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Pflanzen (Botanik)
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.08.2019
Erstellungsjahr: 2019
Publikationsdatum: 23.09.2019
Kurzfassung auf Englisch: CRABS CLAW is a small protein belonging to the YABBY family, a plant specific protein family. In Arabidopsis thaliana it is expressed in the developing carpels and regulates the apical fusion of the two carpels, transmitting tract development, lateral growth, and nectary formation. The expression of CRC is rather complex with multiple expression domains throughout the young gynoecium and as for other YABBY proteins a non-cell-autonomous action has been described. However, only few regulators of CRC expression and target genes are described and the mode of non-cell-autonomous action is still unknown. This dissertation aims to identify transcriptional regulators, responsible for the proper temporal and spatial expression of CRC, the specification of CRC’s place in the adaxial-abaxial regulatory network and to clarify the means of its non-cell-autonomous action. The regulation of CRC expression has been analyzed via a large scale Yeast-1-Hybrid screen and identified over 100 potential regulators of CRC expression, integrating CRC tightly into the carpel developmental regulatory protein network.
Further analysis of CRC function through expression analysis led to the identification of target genes of CRC like mir165/166, members of the KANADI gene family, and the HD ZIP III gene family. Both gene families are major players in the adaxial-abaxial regulatory network, involved in the development of all lateral plant organs such as leaves and floral organs. CRC supports KANADI action and activates the expression of other involved factors. In addition, CRC directly targets members of the HD ZIP III family. However, CRC’s position in the adaxial- abaxial regulatory network seems to be not conserved in other eudicots. CRC exhibits a non- cell-autonomous action which is conferred by at least two signaling pathways. Abaxial polarity is regulated by the activation of the mobile miRNA165/166. At the same time, localizations of GFP tagged CRC revealed the CRC protein to be mobile as it migrates into the adaxial domain in young gynoecia. In older gynoecia it was excluded from the adaxial domain.
This study identified multiple unique features of CRC compared to its relatives. Its thightly controlled expression by over 100 putative regulators, integration in complex co-expression networks, adaxial and abaxial target genes, and its two mode non-cell-autonomous action indicate the important role in the complicated carpel development.
Kurzfassung auf Englisch: CRABS CLAW ist ein kleines Protein der pflanzenspezifischen YABBY Protein Familie. In Arabidopsis thaliana ist es in den entwickelnden Fruchtblättern exprimiert und reguliert die apikale Fusion der Fruchtblätter, die Entwicklung des Transmissionskanal (einem Bereich des Septums), die Begrenzung des lateralen Wachstums des Gynoeceums, und die Bildung der Nektarien. Die Expression von CRC ist auf mehrere Bereiche im Fruchtblatt aufgeteilt und ebenso wurde ein nicht-zell-autonomer Effekt wie für andere YABBY Proteine beschrieben. Jedoch sind nur einige wenige Regulatoren der CRC Expression und Zielgene von CRC bekannt, sowie die Natur des mobilen Signals des nicht-zell-autonomen Effektes unbekannt ist. Daher zielt diese Dissertation darauf, zusätzliche transkriptionelle Regulatoren, die für die korrekte zeitliche und räumliche Expression von CRC nötig sind, zu identifizieren, sowie CRCs Position im adaxialen-abaxialen Netzwerk zu identifizieren und die Art und Weise des nicht-zell-autonomen Effektes zu klären. Die Expression von CRC wurde durch eine groß angelegte Hefe-1-Hybrid Analyse näher untersucht und über 100 mögliche Regulatoren der CRC Expression wurden identifiziert. Dies festigt CRCs Position im gen-regulatorischen Netzwerk der Fruchtblattentwicklung.
Eine weitere Analyse der CRC Funktionen mittels Expressionsanalyse führte zu der Identifikation mehrerer Zielgene wie mir165/166, Mitglieder der KANADI Genfamilie und Mitglieder der HD ZIP III Genfamilie. Beide Genfamilien sind Hauptkomponenten des adaxial–abaxialen Regulationsnetzwerkes. Dabei unterstützt CRC die Funktion der KAN Proteine und reguliert die Expression anderer involvierter Gene. Zusätzlich reguliert CRC direkt die Expression einiger HD ZIP III Gene. Wobei die Regulation der adaxial-abaxialen Regulatoren durch CRC zwischen verschiedenen Eudikotylen nicht komplett konserviert ist.
CRC weist eine nicht-zell-autonome Funktion auf, die durch mindestens zwei Signalübertragungswege vermittelt wird. Zum einen reguliert CRC die abaxiale Polarität durch die Aktivierung der mobilen miRNA165/166 und zum anderen durch direkten Transport des CRC Proteins. Lokalisierungen von mit GFP markierten CRC zeigten, dass das CRC Protein in den frühen Stadien des Gyneoceums von der abaxialen Domäne in die adaxiale wandert. In späteren Stadien ist CRC auf die abaxiale Domäne begrenzt.
Diese Studie konnte mehrere einzigartige CRC Charakteristika identifizieren, die CRC von den anderen Mitgliedern der YABBY Familie unterscheidet. Seine stark kontrollierte Expression durch mehr als 100 mögliche Regulatoren, die Integration in ein kompliziertes Co- Expressions Netzwerk, adaxiale und abaxiale Zielgene, und mindestens zwei Möglichkeiten zur nicht-zell-autonomen Regulation, zeigen eindringlich die wichtige Rolle CRCs in der komplexen Karpellentwicklung auf.
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