Tumor forming and tumor prone mutants of Arabidopsis thaliana: cloning and characterization of TSD and TUP genes
Final Report Abstract
Pflanzen bilden nur selten undifferenziert und unkontrolliert wachsende Tumore, was auf besonders effektive Suppressionsmechanismen oder strukturelle Besonderheiten im Gewebe, die unkontrolliertem Wachstum entgegen wirken, schließen lässt. In diesem Projekt wurden zwei neue Klassen von Mutanten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana charakterisiert, tumorous development (tsd) und tumor prone (tup). Die Mutationen führen zu einer erhöhten Tumoranfälligkeit bei in vitro kultivierten Pflanzen oder Pflanzengeweben, die TSD und TUP Gene wirken offensichtlich einer Tumorbildung entgegen. Insgesamt wurden fünf der Gene durch kartierungsgestützte Klonierung identifiziert: TSD1, TSD2, TUP1, TUP3 und TUP5. Drei Gene (TSD1, TSD2 und TUP5) und die Auswirkungen ihrer Mutation wurden näher beschrieben. Die Beschreibung des Phänotyps der tsd2 Mutante, die kartierungsgestützte Klonierung des TSD2 Gen, dessen phylogenetische Analyse, die subzelluläre Lokalisation eines GFP-TSD2 Fusionsproteins im Golgi-Apparat, die Expression eines pTSD2:GUS Reportergens und die Analyse der Zellwandzusammensetzung im Vergleich zum Wildtyp wurden in Krupková et al. (2007) dokumentiert. TSD2 kodiert wahrscheinlich für eine Pektinmethyltransferase, die für die Zelladhäsion und eine koordinierte Pflanzenentwicklung notwendig ist. TSD1 kodiert ebenfalls für ein Enzym der Zellwandsynthese, eine membrangebundene endo-1,4-β-D-Glucanase, genannt KORRIGAN1, der eine wichtige Funktion bei der Cellulosesynthese zugeschrieben wird. tsd1 ist ein sehr starkes neues Allel von kor1, das in der phänotypischen Auswirkung einem Nullallel entspricht. Es wurden die Konsequenzen der Mutation für die Entwicklung und Organisation des Sproß- und Wurzelmeristems analysiert. Die Ergebnisse zeigten die Notwendigkeit der TSD1/KOR1 Funktion für die korrekte räumliche Organisation des Sproßmeristems, wobei die L1 Zellschicht – für deren Integrität TSD1/KOR1 notwendig ist - möglicherweise eine zentrale Rolle spielt. Im Wurzelmeristem war ein früher Verlust des Ruhenden Zentrums auffällig, dies ist wahrscheinlich die Ursache für die frühe Differenzierung des Meristems. Die Ergebnisse wurden in Krupková et al. (2009) zusammengefasst. Das TUP5 Gen kodiert für eine Acetylornithinaminotransferase (ACOAT), die die Umwandlung von N-acetylglutamatsemialdehyd in N-acetylornithin katalysiert und eine wichtige Rolle bei der Biosynthese von Arginin spielt. Die TUP5 cDNA komplementierte einen ACOAT-defizienten Hefestamm und in der tup5-1 Mutante wurde ein reduzierter Arginingehalt nachgewiesen. Ein TUP5-GFP Protein wurde in Übereinstimmung mit Vorhersagen im Chloroplasten lokalisiert. Mit Hilfe von Gewebefärbungen und Markergenen wurde gezeigt, dass Blaulicht zu einem Verlust des Wurzelmeristems in der tup5-1 Mutante führt, ein bislang unbekannter Zusammenhang zwischen Lichtsignalwegen und Argininbiosynthese wurde dadurch aufgedeckt.
Publications
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(2007). The TUMOROUS SHOOT DEVELOPMENT2 gene of Arabidopsis encoding a putative methyltransferase is required for cell adhesion and co-ordinated plant development. The Plant Journal, Vol. 50. 2007, pp. 735-750.
Krupková, E., Immerzeel, P., Pauly, M., Schmülling, T.
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(2009). Developmental consequences of the tumorous shoot developmenti mutation, a novel allele of the cellulose-synthesizing KORRIGAN gene. Plant Molecular Biology, Vol. 71. 2009, Issue 6, pp. 641-655.
Krupková, E. Schmülling, T.
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(2011). Functional characterisation of the TUP5 gene in Arabidopsis thaliana. Dissertation, Freie Universität Berlin
Frémont, N.
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(2013) The Arabidopsis TUMOR PRONE5 (TUP5) gene encodes an acetylornithine aminotransferase required for arginine biosynthesis and root meristem maintenance in blue light. Plant Physiology, Vol. 161. 2013, pp.1127-1140.
Fremont, N., Riefler, M., Arbeiter, A., Schmülling, T.
