Die Rolle der Carboxypeptidase AMP1 in der Zelldifferenzierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen können ihren Körperbau durch die kontinuierliche Bildung neuer Organe an die Umweltbedingungen ihres Standortes anpassen. Die postembryonale Organogenese wird durch die Aktivität von Stammzellnischen, sogenannte Meristeme, aufrechterhalten. Meristeme bestehen aus verschiedenen Zonen mit unterschiedlichen Funktionen. Die Stammzellen im Zentrum bilden Tochterzellen, die in die Peripherie verdrängt werden, wo sie ein Programm der Zellproliferation und der anschließenden Differenzierung durchlaufen, um neue Organe aufzubauen. Im Sprossmeristem beinhaltet dieses Programm die aktive Unterdrückung der Stammzellidentität in peripheren Zellen durch die vorhandenen Stammzellen im Zentrum. Die molekularen Grundlagen dieses Prozesses sind nicht geklärt, und ein besseres Verständnis der beteiligten Faktoren könnte dazu beitragen, In-vitro- Regenerationsverfahren zu optimieren, die für züchterische Anwendung der Genom- Editierung entscheidend sind. Die Carboxypeptidase AMP1 in Arabidopsis spielt eine zentrale Rolle bei der Unterdrückung der Stammzellidentität in den peripheren Zellen des Sprossmeristems. Die biochemische Funktion dieses Enzyms ist jedoch nicht geklärt. Eine Rolle von AMP1 bei der miRNA- abhängigen Kontrolle der Translation wurde nachgewiesen, jedoch ist nicht bekannt, wie diese Aktivität mit seinen Funktionen in der Entwicklung zusammenhängt. Mit einer Kombination aus genetischen und molekularbiologischen Ansätzen untersuchten wir die funktionelle Interaktion zwischen AMP1 und den HD-ZIP III Transkriptionsfaktoren, miRNA-kontrollierten Determinanten der Sprossmeristem-Identität. Wir konnten zeigen, dass die Aktivität von HD-ZIP III in amp1 erhöht ist und signifikant zu den Stammzelldefekten der Mutante beiträgt. Gewebespezifische Expression von HD-ZIP III Proteinen in Wildtyp- Pflanzen reichte aus, um einen pluripotenten Zellzustand in verschiedenen Geweben wiederherzustellen. Überraschenderweise erfolgt die Limitierung der HD-ZIP III-Expression durch AMP1 hauptsächlich auf transkriptioneller Ebene und nicht auf der Grundlage einer miRNA-abhängigen Hemmung ihrer Translation. Eine miRNA-unabhängige Rolle von AMP1 bei der Unterdrückung der Stammzellidentität wurde durch gewebe-spezifische Hemmung der miRNA-Funktion und genetische Interaktionsstudien mit Kernkomponenten der miRNA- Maschinerie weiter unterstützt. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass HD-ZIP III-Proteine als Pluripotenz-Regulatoren unterhalb von AMP1 fungieren und interessante Ziele für die Verbesserung der Regeneration darstellen. Schließlich konnten wir auch neuartige Inhibitoren des Auxintransports charakterisieren, die die HD-ZIP III-Transkription verstärken und somit die in vitro Sprossbildung in schlecht-regenerierbaren Spezies wie Sonnenblume ankurbeln.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Deciphering the role of the carboxypeptidase AMP1 in cell fate maintenance. Invited oral presentation at the International Symposium: “Secrets of stem cells underlying longevity and persistent growth in plants” April 26-28, 2021
Yang, S., Poretska, O. & Sieberer, T.
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A novel chemical inhibitor of polar auxin transport promotes shoot regeneration by local enhancement of HD‐ZIP III transcription. New Phytologist, 235(3), 1111-1128.
Yang, Saiqi; de Haan, Marjolein; Mayer, Julius; Janacek, Dorina P.; Hammes, Ulrich Z.; Poppenberger, Brigitte & Sieberer, Tobias
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Novel chemical strategies to boost shoot regeneration in recalcitrant crops. Oral presentation at the 4th International Conference on “Plant Cell & Tissue Culture in Vitro” July 4-5, 2022
Sieberer, T.
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ALTERED MERISTEM PROGRAM1 sustains cellular differentiation by limiting HD-ZIP III transcription factor gene expression. Plant Physiology, 196(1), 291-308.
Yang, Saiqi; Poretska, Olena; Poppenberger, Brigitte & Sieberer, Tobias
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AMP1, a key regulator of shoot development and stress tolerance, controls cell fate maintenance by limiting HD-ZIP III expression. Oral presentation at the 40th IPG Symposium “Plant Hormones at the Intersection of Stress and Development” May 21-25, 2024
Yang, S., Poretska, O., Poppenberger, B. & Sieberer, T.
