Light-responsive cis-elements in nuclear genes
Final Report Abstract
Enhancer‐Trapping ermöglicht einen freien Zugang zu Genexpressionsregulationselementen, die nicht unmittelbar vor dem Transkriptionsstartpunkt liegen. Im Rahmen dieses Projekts wurden 15 in photosynthetisierenden Zellen aktive Enhancer‐Trap‐Linien isoliert, deren Enhancerstärke graduell lichtintensitätsinduziert ist. Mittels TAIL‐PCR wurden die Insertionsstellen des Trapping‐Konstrukts in das Genom von Arabidopsis thaliana bestimmt. Linien, die wie N9249 T‐DNA‐Insertionen im Bereich bis 500 bp oberhalb des Transkriptionsinitiationspunkts trugen, wurden für die weitere Analyse ausgeschlossen. Die Isolierung von N9266 zeigte die Lokalisation starker lichtregulierter Elemente im intergenischen Bereich, der downstream der beiden benachbarten Gene liegt. Die deutlichsten Hinweise auf komplexere Regulation boten fünf Linien: Linie N9313 hat eine T‐DNA‐Insertion 715 bp upstream der Transkriptionsinitiationsstelle des Gens für den Sigmafaktor E (SigE) (At5g24120) und trennt den proximalen Promotor, der die bereits bekannte Blau‐ lichtreaktion über Cryptochrome vermittelt, von den über den Enhancer‐Trap neu erfaßten Lichtintenisitäts‐ und Rotlicht‐regulierten distalen Enhancern. SIG5 vermittelt die plastidäre Transkription der Gene psbA und psbD für die Photoreaktionszentrumsproteine von Photosystem II. Effektorstudien zeigten, dass die SIG5‐Expression unter Kontrolle des photosynthetischen Elektronentransports steht. Neben der experimentellen und bioinformatischen Erfassung von Enhancer‐Elementen, der Analyse ihrer Verteilung durch Promotorfragmentierung und dem experimentellen Beleg der Rotlichtregulation führte die Arbeit zur Beschreibung eines neuen Regelkreises , der die Steuerung eines kernkodierten Regulators für die plastidäre Genexpression unter plastidäre Signale stellt. Die Ergebnisse und die experimentelle Herleitung wurden publiziert und in campus.leben für die breite Öffentlichkeit aufgearbeitet. In den Linien E103, E1362 und E2443 ist die Trap‐T‐DNA in einem offenen Leseraster inseriert. Für E1362 konnte über Reportergenelemente eine hohe Ähnlichkeit in der Lichtregulation des Promotorfragments und des getaggten, intragenischen Enhancerelements werden. Wir postulieren, dass der getaggte Enhancerbereich modulierende Wirkung auf den eigentlichen Promotor entfaltet. Zusammenfassend zeigte sich, dass der Enhancer‐Trapping‐Ansatz nicht nur geeignet ist, um Regulationselemente aufzuzeigen, sondern auch um neue Regulationsprinzipien aufzuspüren.
Publications
- (2012) Identification and characterization of light‐regulated cis‐acting elements in nuclear promoters of Arabidopsis thaliana. Dissertationsschrift. Heinrich‐Heine‐Universität
Mellenthin M
- (2014) Expression oft he Arabidopsis sigma factor SIG5 is photoreceptor and photosynthesis controlled. Plants 3, 359 – 391
Mellenthin M, Ellersiek U, Börger A, Baier M
(See online at https://dx.doi.org/10.3390%2Fplants3030359)
