Detaillierte funktionelle Charakterisierung von Chloroplasten-lokalisierten mTERF Proteinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine intakte Organellen-Genexpression (OGE) ist die Voraussetzung für eine reibungslose Pflanzenentwicklung und Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen. Jedoch sind die Mechanismen, die die OGE kontrollieren immer noch weitestgehend unbekannt. So benötigt die OGE diverse Zellkern-kodierte Proteine, die sowohl Transkription, Spleißen, Trimmen und Editieren der Organellen-RNAs als auch ihre Translation durchführen und kontrollieren. Mitglieder der sogenannten mitochondrialen Transkriptionsterminations (mTERF)-Familie, die in Metazoen und Pflanzen vorkommen, regulieren die OGE auf verschiedenen Ebenen. Vor Projektstart wurde die molekulare Funktion von nur drei der 35 Arabidopsis thaliana mTERF-Proteine näher charakterisiert. Nachdem wir mTERF6 als einen Faktor identifiziert hatten, der die Chloroplasten trnI.2-Reifung unterstützt, war es unser Ziel, die molekulare Funktion von mTERF6 noch besser zu verstehen. Außerdem strebten wir an, die Funktionen einiger noch nicht untersuchten Chloroplastenlokalisierten mTERF-Proteine aufzuklären. Da es zum Start des Projektes offensichtlich wurde, dass auch andere Arbeitsgruppen an der Charakterisierung von mTERF6 arbeiteten, haben wir uns auf die Charakterisierung von Arabidopsis mTERF10, -11 und 12, die wir vorher der „Chloroplasten-assoziierten“ Gruppe zugeordnet haben, und mTERF2 und mTERF27, deren Mais-Homologe in Nukleoiden identifiziert wurden, fokussiert. Wir haben gezeigt, dass alle Mitglieder der „Chloroplasten-assoziierten“ mTERFs in Nukleoiden lokalisiert sind. Außerdem spielen mTERF10, mTERF11 und mTERF27, aber nicht mTERF12, eine Rolle in der Toleranz von höheren Salzkonzentrationen. Zudem konnten wir nachweisen, dass mTERF27 in Mitochondrien (und nicht Nukleoiden) lokalisiert ist, wohingegen wir eine Lokalisation von mTERF2 in Nukleoiden bestätigen konnten. In Pflanzen ohne funktionsfähiges mTERF2-Protein können sich Embryonen nicht weiterentwickeln. Daher haben wir mit Hilfe eines artifiziellen microRNA-Ansatzes Linien mit reduzierten mTERF2-Mengen erzeugt und konnten so die Funktion von mTERF2 in Keimlingen und erwachsenen Pflanzen untersuchen. In diesen Pflanzen sind Photosynthese und Wachstum beeinträchtigt und zudem ist der Blühzeitpunkt verspätet. Wir konnten mit Hilfe von RIP-Sequenzierungen die RNAs identifizieren, an die mTERF2 bindet und haben mittels RNA-Seq, Northern-blot und real-time Analysen gezeigt, dass dieses Protein für das Spleißen der Gruppe IIB Introns von ycf3 (Intron 1) und rps12 benötigt wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017) Organellar gene expression and acclimation of plants to environmental stress. Front Plant Sci 8: 387
Leister D, Wang L, Kleine T
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(2017). Arabidopsis thaliana mTERF10 and mTERF11, but not mTERF12, are involved in the response to salt stress. Front Plant Sci 8: 1213
Xu D, Leister D, Kleine T
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(2020) Cellulose defects in the Arabidopsis secondary cell wall promote early chloroplast development. Plant J 101: 156-170
Xu D, Dhiman R, Garibay A, Mock HP, Leister D, Kleine T
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(2020). Extending the repertoire of mTERF proteins with functions in organellar gene expression. Mol Plant 13: 817-819
Leister D, Kleine T
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(2021). Arabidopsis mitochondrial transcription termination factor mTERF2 promotes splicing of group IIB introns. Cells 10: 315
Lee K, Leister D, Kleine T
