Post-translational regulation in the Arabidopsis bZIP factor-controlled gene expression and protein-protein interaction network
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die post-translationale Regulation pflanzlicher Transkriptionsfaktoren, die in abiotische Stressreaktionen durch Umprogrammierung metabolischer Prozesse eingebunden sind, ist in Pflanzen erst in Ansätzen verstanden. Wir konnten besonders an einem Arabidopsis bZIP-Faktor (bZIP63) herausarbeiten, dass bZIP63 zusammen mit Vertretern der S1-bZIP Subfamilie durch Regulation metabolischer Enzyme an der Umsteuerung zentraler Stoffwechselvorgängen während verschiedener abiotischer Stressreaktionen beteiligt ist (z.B. „Low energy“ Reaktion, Samenentwicklung und –keimung unter osmotischem Stress). bZIP63 unterliegt dabei einer komplexen post-translationalen Regulation, die multiple Phosphorylierungen und Interaktion mit Nicht-bZIP Transkriptionsfaktoren einschließt. Die in vitro und in vivo identifizierten Phosphorylierungen finden sich über das gesamte bZIP63-Protein verteilt und haben dabei unterschiedliche regulatorische Funktionen: Die Modifikation eines N-terminalen Serins sowie zweier C-terminalen Serine durch die „low energy-regulated“ SnRK1 beeinflusst die Stabilität von bZIP63/S1-bZIP Proteinkomplexen. Die Phosphorylierung von Serinen in der DNA-Bindedomäne von bZIP63 durch die Ca2+- abhängige CPK3 verhindert die Assoziation mit den spezifischen cis-regulatorischen Elementen in den Zielgenen der bZIP63/S1-bZIP Komplexe. Des Weiteren lässt sich die transkriptionelle Aktivität von bZIP63 durch Wechselwirkung mit dem B-Typ Responseregulator ARR18 negativ modulieren. Unsere Ergebnisse lassen eine sehr komplexe, multifaktorielle, post-translationale Regulation von zentralen Transkriptionsfaktoren erkennen, die an der Umprogrammierung pflanzlicher Stoffwechselwege während der abiotischen Stressabwehr beteiligt sind. Wie diese Mechanismen in der Pflanze quantitativ ineinander greifen, ist wenig verstanden und bedarf weiterer Forschungsbemühungen. Ein Verständnis dieser Regulationsprinzipien und –netzwerke und ihrer metabolischen Konsequenzen ist jedoch nicht nur von grundlagenwissenschaftlichem Interesse sondern eine Voraussetzung für die Züchtung von Nutzpflanzen, die mit den entsprechenden abiotischen Stressbedingungen adäquat umgehen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mair A, Pedrotti L, Wurzinger, B, Anrather D, Simeunovic A, Weiste C, Valerio C, Dietrich K, Kirchler T, Nägele T, Vicente Carbajosa J, Hanson J, Baena-Gonzalez E, Chaban C, Weckwerth W, Dröge-Laser W, Teige M
(Siehe online unter https://doi.org/10.7554/eLife.05828)
