Bestimmung der Rolle von MIRNA156 Genen und ihrer Regulierung während der Reproduktionsphase bei einjährigen und ausdauernden Arten der Brassicaceae (Kreuzblütler)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die meisten Pflanzen blühen im Frühjahr, nachdem sie den Wintertemperaturen ausgesetzt waren und die Tage länger werden. Zusätzlich zu diesen umweltbedingten Signalen wird der Zeitpunkt der Blüte jedoch auch durch interne Entwicklungssignale gesteuert. So blühen viele Pflanzen nicht in der juvenilen Phase, sondern erst, nachdem sie älter geworden sind und die adulte Phase erreicht haben. Arbeiten an der genetischen Modelpflanze Arabidopsis thaliana legten erstmals nahe, dass das Alterssignal durch zwei Familien kleiner RNA-Moleküle reguliert wird, die die Aktivität jener Transkriptionsfaktoren unterdrücken, welche die Blüte fördern oder unterdrücken. Diese RNA-Moleküle werden als microRNA156/7 und microRNA172 bezeichnet. Diese microRNAs (miRNAs) werden von vielen Genen kodiert, die während der Pflanzenentwicklung zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Geweben aktiv sein können. In A. thaliana werden miR156/7 von zwölf und miR172 von fünf Genen kodiert. Das Hauptziel dieses Projekts bestand darin, die Funktionen dieser Gene mit Hilfe von Weiterentwicklungen des CRISPR-cas9-Gen-Editings zu analysieren und jedes Gen mit fluoreszierenden Proteinen zu fusionieren, um so beurteilen zu können, wo und wann es aktiv ist. Anschließend wollten wir testen, welche Zielgene durch diese miRNAs negativ reguliert werden, um den Blühzeitpunkt zu steuern. Wir zeigen, dass die Gene MIRNA157C und MIRNA157D eine unerwartet wichtige Rolle bei der negativen Regulierung des Transkriptionsfaktors SPL15 spielen und dass MIRNA157D in der Sprossspitze während der Blühphase exprimiert wird. Darüber hinaus führt der Funktionsverlust dieser MIRNA-Gene durch Geneditierung zu einer frühen Blüte. Die genetischen Experimente zeigen jedoch auch, dass die erhöhte Aktivität von SPL15 nur einen Teil des frühblühenden Phänotyps erklärt, was darauf hindeutet, dass MIR157CD auch andere SPL-Transkriptionsfaktoren negativ reguliert. In ähnlicher Weise zeigen wir, dass MIR172ABD die wichtigsten Mitglieder dieser Familie sind, die die Blüte fördern, und dass sie dies teilweise durch die Unterdrückung der Aktivität des Transkriptionsfaktors APETALA2 bewirken. Diese Ergebnisse vermitteln ein klares Bild davon, welche Mitglieder dieser MIRNA-Genfamilien die Blüte kontrollieren, wo sie aktiv sind und welche Gene sie regulieren. Sie bilden eine solide Grundlage für detailliertere quantitative Analysen des regulatorischen Netzwerks, das die Blütenentwicklung an der Sprossspitze kontrolliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Systematic analyses of the MIR172 family members of Arabidopsis define their distinct roles in regulation of APETALA2 during floral transition. PLOS Biology, 19(2), e3001043.
Ó’Maoiléidigh, Diarmuid S.; van Driel Annabel, D.; Singh, Anamika; Sang, Qing; Le Bec, Nolwenn; Vincent, Coral; de Olalla, Enric Bertran Garcia; Vayssières, Alice; Romera, Branchat Maida; Severing, Edouard; Martinez, Gallegos Rafael & Coupland, George
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MicroRNA172 controls inflorescence meristem size through regulation of APETALA2 in Arabidopsis. New Phytologist, 235(1), 356-371.
Sang, Qing; Vayssières, Alice; Ó'Maoiléidigh, Diarmuid S.; Yang, Xia; Vincent, Coral; Bertran, Garcia de Olalla Enric; Cerise, Martina; Franzen, Rainer & Coupland, George
