Characterization of PRL1 and its paralogue PRL2 in Arabidopsis thaliana

Das Arabidopsis-Gen PLEIOTROPIC REGULATORY LOCUS 1 (PRL1) kodiert für ein Protein, das ein Mitglied einer konservierten WDR-Protein-Familie in Eukaryoten ist. PRL1-Mutationen führen zu Zucker-Überempfindlichkeit, verursachen zahlreiche pleiotrope Veränderungen bei der Wurzel-, Blatt- und Blüten-entwicklung und lösen Antworten auf abiotische und biotische Stress-Reize aus, indem sie die Pflanzen-hormon-Homöostase verändern. Im Gegensatz zu anderen Eukaryoten enthält das Arabidopsis-Genom mit PRL2 ein PRL1-Paralog, das mit PRL1 eine hochkonservierte C-terminale WDR-Domäne teilt. Verglichen mit PRL1 besitzt PRL2 jedoch unterschiedliche N-terminale Sequenzen. Nichtsdestotrotz weisen die N-terminalen Bereiche von PRL1 und PRL2 eine für die Evolution im Pflanzenreich außergewöhnlich hochkonservierte Struktur auf. Untersuchungen an Hefen und Säugetieren zeigten, dass PRL1 eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung des Spliceosoms spielt. Dennoch impliziert die Divergenz der N-terminalen PRL1-Region in Arabidopsis pflanzenspezifische Funktionen beim Spleißen. Ein Ziel dieser Arbeit war es, Einblicke in regulatorische Funktionen von PRL1 zu ermöglichen. Affymetrix ATH1-Arrays und Tiling-Arrays bestätigten zusammen mit der RNA-Seq-Analyse die im gesamten Genom vorhandenen Veränderungen der prl1 Mutante. Darüber hinaus legt die Hochregulierung der Transposons zusammen mit der Hochregulierung von vielen weiteren Genen nahe, dass PRL1 ebenfalls an der Kontrolle des Gen-Silencing beteiligt ist. Zudem konnte durch die Verwendung von veränderten PRL1-Konstrukten gezeigt werden, dass PRL1-Transkription und PRL1-Stabilität stressabhängig sind und dass PRL1 nicht in die Proteasom-Aktivität eingreift. Ein weiteres Ziel war, das Ausmaß der funktionellen Übereinstimmung von PRL1 und PRL2 zu beurteilen. Ein Transkriptionsvergleich von PRL1 und PRL2 ergab, dass PRL2 in den meisten Gewebeteilen auf einem signifikant niedrigeren Niveau transkribiert wird. So wird PRL2 in Blüten speziell im männlichen Reproduktionsgewebe, in Pollenkörnern, im Endosperm und in der Zygote exprimiert, wohingegen PRL1 in sich entwickelnden Samenanlagen und im Integument der sich entwickelnden Samen aktiv ist. Die prl2-Mutationen sind embryoletal, während somatische prl2-Mosaike einen prl1-ähnlichen Phänotyp zeigen. Durch den Austausch der unterschiedlichen N-terminalen Domänen zwischen PRL1 und PRL2 konnte die Subfunktionalisation von PRL1 und PRL2 gezeigt werden. Die N-terminale Domäne von PRL2 komplementiert den prl1-Wurzelphänotyp nur teilweise. Sie kann jedoch die von prl2 verursachte embryonale Letalität wiederherstellen. Zudem ersetzt die N-terminale PRL1-Domäne zusammen mit der C-terminalen PRL2-Domäne den prl1-Phänotyp, aber nicht den embryoletalen prl2-Phänotyp. Zusätzlich zu der unterschiedlichen Transkription, die man bei PRL1 und PRL2 beobachtet , hat die Diversifikation der N-terminalen Domänen zu der Subfunktionalisation von PRL1 und PRL2 in Arabidopsis beigetragen. Die in dieser Arbeit vorgelegten Ergebnisse weisen zudem darauf hin, dass PRL1 und PRL2 eine spezielle Funktion bei der Kontrolle des Gen-Silencing in Arabidopsis spielen