Synergistische Kontrolle der Auixn-vermittelten Transkription durch ARF- und C/S1 bZIP-Transkriptionsfaktoren

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Dröge-Laser
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 17280683

Das Pflanzenhormon Auxin kontrolliert vielfältige Wachstums- und Entwicklungsantworten, die im Wesentlichen durch Bindung von AUXIN RESPONSE FACTORS (ARFs) an AUXIN RESPONSE ELEMENTS (AuxREs) auf Ebene der Transkription vermittelt werden. Als Vorrausetzung für optimales Pflanzenwachstum müssen Informationen über endogene und exogene Faktoren in Auxin-vermittelte Transkriptionsmuster integriert werden. Analysen der Arabidopsis GH3.3 Promotorelemente belegen eine kombinatorische Kontrolle der Auxin-vermittelten Transkription durch redundant angeordnete AuxREs und G-BOX RELATED ELEMENTS (GREs). Während AuxREs als Auxin-abhängige, qualitative Schalter fungieren, arbeiten GREs als quantitative Verstärkerelemente. Durch Bindung an GREs können BASIC LEUCINE ZIPPER 11 (bZIP11) und nah-verwandte Transkriptionsfaktoren die Histon-Acetylierungsmaschinerie rekrutieren und die Auxin-induzierte Genexpression verstärken. Vermittelt wird dieser Rekrutierungsmechanismus durch Interaktion des N-Terminus von bZIP11 mit dem ADA2b-Adapterprotein. Mittels Chromatin-Immuno-Präzipitationsanalysen (ChIP) konnte die Promotorbindung von bZIP11 mit verstärkter Histon-Acetylierung und RNA-Polymerase II-Rekrutierung korreliert werden. Übereinstimmend mit diesem Modell zeigen bZIP11 gain- und loss-of-function-Ansätze verändere Auxin-Antworten entlang der Wurzel, was auf veränderte Auxin-Homeostase, -Signaltransduktion und/oder -Transport schließen lässt. Frühere Arbeiten haben bereits für bZIP11 eine Beteiligung an der metabolischen Reprogrammierung zur Anpassung an Energiemangelbedingungen beschrieben. Wir konnten zeigen, daß unter Energieverarmung sowohl die GH3.3-Transkription, als auch die Kontrolle des Wurzelwachstums von bZIP11 abhängig sind. Basierend auf diesen Daten geht unser Arbeitsmodell davon aus, daß bZIP11 Informationen über den pflanzlichen Energiestatus in die Regulation Auxin-vermittelter Wachstumsprozesse integriert. Dieser Antrag setzt sich deshalb zum Ziel (I) die Integration von Energiemangel- und Auxin-Signalen durch Messung der Transkription von bZIP11-Zielgenen quantitativ zu beschreiben. Weiterhin wird genomweit die bZIP11-abhängige Transkription ermittelt (RNAseq) und mit der bZIP11-spezifischen Promotorbindung (ChIPseq) korreliert. (II) Um den Mechanismus der bZIP11-vermittelten Genaktivierung zu verstehen, werden genomweite Analysen zum chromatin remodelling mittels ChIPseq durchgeführt. Die synergistische Aktivität von bZIP- und ARF-Faktoren könnte durch Protein-Protein-Interaktion vermittelt werden. Durch Nutzung einer high-throughput two-Hybrid-Technik in Protoplasten sollen bZIP-ARF-Interaktionspartner identifiziert und ihre Bedeutung für die Auxin-kontrollierte Transkription analysiert werden. Dieses Projekt wird damit einen Einblick in den Mechanismus der pflanzlichen Wachstumskontrolle in Abhängigkeit von verfügbaren Energiereserven liefern. Dieses Wissen kann als Grundlage für zukünftige landwirtschaftliche Anwendungen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen