1 Photomorphogenese KS 2 Skotomorphogenese KS 3 Blühinduktion KS 4 Meristemidentität

Transkript

1 Mol. Entwicklungsgenetik der Pflanzen II - Inhalte 1 Photomorphogenese KS 2 Skotomorphogenese KS 3 Blühinduktion KS 4 Meristemidentität KS 5 Blütenorganidentität KS 6 Blütenorganogenese KS 7 Gametophyt/Apomixis KS 8 Befruchtung/SI KS 9 Parentale Kontrolle Samenentwicklung KS

2 Zusammenfassung I Licht: Energiequelle und Informationsquelle Phototropismus Blaulicht PHOT1/2, lichtabhängige S/T-Kinasen LOV-Domänen/FMN/Photozyklus wahrscheinlich über Ca, CaMK, Auxin

3 Zusammenfassung II Blaulichtsignaltransduktion De-Etiolierung Blühinduktion zirkadiane Rythmik Cryptochrome (CRY1, CRY2) homolog zu Photolyasen Chromophore: Pterin und FAD findet sich dauerhaft im Zellkern

4 Zusammenfassung III Rotlichtsignaltransduktion De-Etiolierung vegetatives Wachstum Blühinduktion Phytochrome (PHYA- PHYE) S/T-Kinasen zwei reversible Formen: Pr vs Pfr Licht aktiviert PHY und induziert Kernlokalisation PHYs interagieren mit TFs TF-Gene frühe Zielgene der PHY-Signaltransduktion

5 PHYA reguliert ein Netzwerk von TFs Amplifikation Diversifikation

6 Skotomorphogenese COP/DET/FUS

7 Lichtabhängige Keimlingentwicklung Dunkel Hell

8 Skotomorphogenese Etioliert langes Hypokotyl Hypokotyl Hypokotyl Kotyledone Apikalhaken geschlossene Kotyledonen weisse Farbe

9 Die PM wird im Dunkeln aktiv reprimiert det: de-etiolated cop: constitutively photomorphogenic Licht Dunkel fus: fusca ähnliche Phänotypen negative Regulatoren der PM im Dunkeln WT det cop fus

10 Die COP/DET/FUS Gene 11 Loci DET1, FUS4-FUS6, COP8-COP10, FUS11, FUS12, COP16 COP9 Signalosome COP1

11 COP9 signalosome (CSN) 8 core subunits mit Homologie zu non- ATPase Untereinheiten Lid Base des 19S regulatory particle des 26S Core proteasome (lid complex) In Ath: 4 Gene über Mutanten identifiziert Base Lid

12 Grundlagen Proteinabbau

13 26S Proteasome 19S Regulatory particle (RP) Lid Base Substrate recognition Substrate unfolding 20S Proteasome core complex Core Proteolysis 19S Regulatory particle (RP) Base Lid Substrate unfolding Substrate recognition

14 E3 Ubiquitin Ligase Ubiquitination von Proteinen --> Degradation im 26S Proteasome Verschiedene Varianten Multiprotein-Komplexe (SCF, APC) Einzelproteine (c-cbl)

15 SCF-Typ E3 Ubiquitin Ligase

16 CSN vs SCF E3??

17 CSN interagiert mit SCF E3 Ubiquitin Ligasen

18 Ath: CSN interagiert mit SCF TIR1 E3 Ubiquitin Ligase Role of CSN in auxin signalling TIR1 ist ein Auxinrezeptor

19 CSN (COP9) Proteasome

20 COP1: zentraler negativer Regulator der PM Homologie zu c-cbl: potentielle E3 Ubiquitin Ligase

21 Die nukleo-zytoplasmatische Verteilung von COP1 unterdrückt die PM Dunkeln im Kern Licht Zytoplasma

22 CSN und COP1 Funktion

23 Aus der Dunkelheit zum Licht..

24 Photo- vs Skotomorphogenese? CRY, PHY, UVR8, COP1, CSN dauernd oder temporär im Kern PHY: Komponenten von DNAgebundenen TF-Komplexen COP1 vs CSN? CSN benötigt für COP1-Präsenz im Kern

25 Wo ist die Verbindung...?

26 COP1: Masterregulator spezifischer TFs im Kern

27 COP1 und HY5...? COP1 agiert als E3 Ubiquitin Ligase

28 CSN und COP1: Funktion..??

29 COP1 wird durch Licht inaktiviert Licht COP1 PM

30 Blaulicht: CRY reprimiert COP1 direkt

31 COP1 wird direkt durch Photorezeptor inaktiviert CRY COP1 PM

32 Reihenfolge der Ereignisse 1. CRY1/CRY2 binden COP1 --> Inaktivierung 2. COP1 verschwindet aus dem Kern

33 Zusammenfassung I Skotomorphogenese Unterdrückung der Lichtantwort im Dunkeln COP/DET/FUS Gene negative Regulatoren der PM COP1: E3 Ubiquitin Ligase CSN: verwandt mit lid-complex des 26S Proteasomes CSN interagiert mit SCF TIR1 : E3 Ubiquitin Ligase, Auxin CSN (CSN5) denedylliert Cullin --> beinflusst SCF complex

34 Zusammenfassung II COP1/E3 Ubiquitin Ligase lichtabhängige nukleo-zytoplasmatische Verteilung interagiert mit bzip TF HY5 COP1 ist ein Repressor von HY5 CRY interagiert direkt mit COP1 CRY ein Repressor von COP1 CRY indirekt ein positiver Regulator von HY5

35 Licht (Photorezeptor) reprimiert den Repressor der Photomorphogenese

36 Hell - Dunkel Photo- vs Skotomorphogenese grundsätzlicher Unterschied hell/dunkel Keimlingentwicklung im/über dem Boden 24 h Zyklus Tag vs Nacht Synchronisation entwicklungsbiologischer und physiologischer Prozesse mit dem Tag/Nacht-Zyklus

37 Circadiane (Tag-Nacht) Rhythmik (Diurnal rhythm)

38 ???

39 Generelle Aspekte der circadianen Rhythmik tagesperiodische Veränderungen Anpassung an regelmässige Tag-/Nacht- Wechsel Jahreszeiten Genaktivitäten mit circadianem Rhythmus

40 Blattbewegungen

41 Hypokotylwachstum

42 Circadiane Rhythmen bei Pflanzen Pflanzengruppe Organismus Rhythmus Cyanobakterien Synechococcus Stoffwechsel Algen Acetabularia major Photosyntheserate Pilze Neurospora crassa Wachstum, Sporulation Farngewächse Selaginella serpens Plastidengestalt Samenpflanzen Phaseolus multiflorus Kalanchoe blossfeldiana Avena sativa Blattbewegung Blütenblattbewegung Wachstum Coleoptile

43 Circadianer Rhythmus Blütenblätter von Kalanchoe blossfeldiana

44 Charakteristische Merkmale der circadianen Rhythmen laufen auch unter konstanten Aussenbedingungen Amplitude der Schwingungen graduell kleiner Periodenlänge der freilaufenden Schwingungen nicht genau bei 24h laufen temperaturkompensiert ab

45 Die circadiane Uhr Photorezeptor circadianer Oszillator Zeitgeber circadiane Uhr

46 Komponenten des endogenen Oszillators bei Arabidopsis Genname Proteineigenschaften TIMING OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1) CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1) Atypischer Response Regulator (APRR1) 1 MYB Domäne LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY) 1 MYB Domäne EARLY-FLOWERING 3 (ELF3) Pioneer-Protein ZEITLUPE (ZTL) LOV/PAS, KELCH, F-box

47 Der Kern des Oszillators CCA1 LHY TOC1

48 Periodische Transkription von TOC1

49 Gekoppelte Rhythmizität von CCA1 und Lhcb1*1 Transkription

50 PHY-Induktion der CCA1 Expression 6 Tage alte etiolierte Keimlinge 30 Sekunden Pulse

51 PHYA reguliert ein Netzwerk von TFs Amplifikation Diversifikation

52 Modell des endogenen Oszillators in Arabidopsis

53 Verschiedene endogene Oszillatoren negative Autoregulation von TF einzelne Komponenten von z.b. Drosophila, Säugetieren, Neurospora und Arabidopsis verschieden Pflanzenuhr komplexer..? Oszillationsmechanismen unabhängig von einander evolviert

54 Zusammenfassung CC I circadiane Rhythmen Abgleich mit 24 h Tag/Nacht-Zyklus Zeitmesser: innerhalb 24 h und eines Jahres essentielle Komponenten Zeitgeber endogenen Oszillator Rhythmen grundsätzlich unabhängig vom Zeitgeber

55 Zusammenfassung CC II Endogener Oszillator negative Autoregulation von TF (Rückkopplungsschleife) Komponenten selbst schwingend (mrna, Protein) CCA1 / LHY: negative Regulatoren von TOC1 TOC1: positiver Regulator von CCA1/LHY Evolution: unabhängig mehrere Oszillatoren

56 THE END