Functional analysis of subtilisin-like serine proteases in Arabidopsis thaliana
Final Report Abstract
Bei Subtilasen handelt es sich um eine Gruppe von Serinproteasen, die in Pro- und Eukaryonten weit verbreitet ist. In Säugetieren sind Subtilasen an der spezifischen Aktivierung von Peptidhormonen und Wachstumsfaktoren durch limitierte proteolytische Spaltung an genau definierten Positionen beteiligt. Eine ähnliche Funktion wird auch für pflanzliche Subtilasen vermutet, konnte bisher aber noch nicht eindeutig belegt werden. In Pflanzen sind Subtilasen durch eine große Genfamilie vertreten, die in Arabidopsis thaliana 56 Mitglieder umfasst. Ziel des Forschungsvorhabens war und ist es, die Funktion dieser 56 Subtilasen in Arabidopsis aufzuklären. Zu diesem Zweck sollte zunächst ein die gesamte Genfamilie umfassender Katalog erstellt werden, in dem für jedes Gen die entwicklungs- und gewebespezifische Expression mit den in den jeweiligen „loss-of-function"-Mutanten beobachteten Phänotypen in Beziehung gesetzt wird. Diese Aufgabe wurde im Rahmen einer internationalen Kollaboration (The Arabidopsis Subtilase Consortium) erfüllt. Für jedes der Subtilasegene sind homozygote T-DNA-Insertionsmutanten isoliert und charakterisiert worden, und zwar mindestens zwei unabhängige Allele, wenn immer das möglich war (für 52 der 56 Gene). Unerwarteterweise zeigten diese Mutanten unter standardisierten Anzuchtbedingungen keine auffälligen Defekte, was darauf hindeutet, dass die Subtilasen entweder in ihrer Funktion redundant sind, oder aber ihre Aufgabe erst unter Einfluss von Umweltstress bzw. in der Interaktion mit anderen Organismen erfüllen. Die Genexpression wurde durch Coexpressionsanalyse in silico, durch RT-PCR und mit Hilfe von Promotor- Reportergenfusionen in transgenen Pflanzen untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Subtilasegene zwei Gruppen zugehören, von denen eine ubiquitär in allen Organen und unabhängig von den Umweltbedingungen exprimiert wird, während die andere entwicklungs- und gewebespezifische Expressionsmuster zeigt. Auf Basis dieser Daten wurden einige Subtilasen für eine weitergehende Analyse ausgewählt. Dazu gehören drei Gene, für die eine Rolle in der Fortpflanzung im Rahmen der Pollenkeimung gezeigt werden konnte, ein Gen, das im sich entwickelnden Samen eine Rolle in der Fortpflanzung unter ungünstigen Umweltbedingungen spielt, und drei Gene, die eine Funktion bei Eintritt der Seneszenz erfüllen. In sich anschließenden Arbeiten wird es das Ziel sein, die Funktion dieser ausgewählten Subtilasen auch auf molekularer und biochemischer Ebene zu verstehen.
Publications
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(2005): Inferring hypotheses on functional relationships of genes: Analysis of the Arabidopsis thaliana subtilase gene family. PLoS Comput. Biol. 1(4): e40
Rautengarten, C., Steinhauser, D., Büssis, D., Stintzi, A., Schaller, A., Kopka, J., Altmann, T.
