The WHIRLY proteins from Arabidopsis thaliana

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen die Lokalisation und die Funktionen der Proteine WHIRLY1 und WHIRLY3 von Arabidopsis thaliana. Es konnte gezeigt werden, dass das dual lokalisierte Protein WHIRLY1 aus den Plastiden in den Zellkern umverteilt wird. Neben WHIRLY1 besitzt A. thaliana mit WHIRLY3 ein zweites plastidäres WHIRLY-Protein. Ergebnisse aus der vorliegenden Arbeit deuten auf eine zusätzliche Lokalisation von WHIRLY3 in den Mitochondrien hin. Eine Doppelmutante, die gleichzeitig Mutationen in den Genen WHIRLY1 und WHIRLY3 besitzt, zeigte bei Anzucht unter höheren Lichtintensitäten eine gestörte Entwicklung der Chloroplasten. Untersuchungen zur Keimung ergaben, dass Samen von why1-Mutanten sowohl unempfindlich gegenüber Salicylsäure als auch gegenüber Abscisinsäure sind. Mit einem Hemmstoff konnte gezeigt werden, dass Salicylsäure die Keimung inhibiert, indem sie die Synthese von Abscisinsäure fördert. WHIRLY1 ist also wichtig für die Wahrnehmung von Salicylsäure und Abscisinsäure während der Keimung. Untersuchungen mit transgenen Linien, in denen das WHIRLY1-Protein entweder in Plastiden und dem Zellkern oder nur im Zellkern akkumuliert, zeigten, dass spezifisch die plastidäre Form von WHIRLY1 die Empfindlichkeit von Samen gegenüber Abscisinsäure erhöht. WHIRLY1 ist daher an der Wahrnehmung von Abscisinsäure in Plastiden beteiligt. Das WHIRLY1-Protein wird als Kandidat für die Übertragung von Plastidensignalen zum Zellkern diskutiert.Es wurde gezeigt, dass WHIRLY1 an der Übertragung retrograder Signale beteiligt ist.This study focuses on the localization and functions of the WHIRLY1 and WHIRLY3 proteins from Arabidopsis thaliana. It was shown that the dually located WHIRLY1 protein is redistributed from plastids to the nucleus. In addition to WHIRLY1, A. thaliana has a second plastid WHIRLY protein named WHIRLY3. WHIRLY3 was shown to be dually localized to plastids and mitochondria. Plants having mutations in the genes WHIRLY1 and WHIRLY3 show disturbed chloroplast development when grown under elevated light intensities. Germination assays showed that why1 mutants are less sensitive towards salicylic acid as well as abscisic acid. It was shown that salicylic acid inhibits germination by promoting the synthesis of abscisic acid. Accordingly, WHIRLY1 is crucial for salicylic acid and abscisic acid perception during germination. Experiments with transgenic lines, that accumulate WHIRLY1 in plastids and the nucleus or in the nucleus alone, indicate that it is the plastid located isoform of WHIRLY1 which enhances the responsiveness of seeds towards abscisic acid. Hence, WHIRLY1 is important for perception of abscisic acid inside plastids. It was shown that WHIRLY1 can transmit plastid retrograde signals

Plastid located WHIRLY1 enhances the responsiveness of Arabidopsis seedlings toward abscisic acid

WHIRLY1 is a protein that can be translocated from the plastids to the nucleus, making it an ideal candidate for communicating information between these two compartments. Mutants of Arabidopsis thaliana lacking WHIRLY1 (why1) were shown to have a reduced sensitivity toward salicylic acid (SA) and abscisic acid (ABA) during germination. Germination assays in the presence of abamine, an inhibitor of ABA biosynthesis, revealed that the effect of SA on germination was in fact caused by a concomitant stimulation of ABA biosynthesis. In order to distinguish whether the plastid or the nuclear isoform of WHIRLY1 is adjusting the responsiveness toward ABA, sequences encoding either the complete WHIRLY1 protein or a truncated form lacking the plastid transit peptide were overexpressed in the why1 mutant background. In plants overexpressing the full-length sequence, WHIRLY1 accumulated in both plastids and the nucleus, whereas in plants overexpressing the truncated sequence, WHIRLY1 accumulated exclusively in the nucleus. Seedlings containing recombinant WHIRLY1 in both compartments were hypersensitive toward ABA. In contrast, seedlings possessing only the nuclear form of WHIRLY1 were as insensitive toward ABA as the why1 mutants. ABA was furthermore shown to lower the rate of germination of wildtype seeds even in the presence of abamine which is known to inhibit the formation of xanthoxin, the plastid located precursor of ABA. From this we conclude that plastid located WHIRLY1 enhances the responsiveness of seeds toward ABA even when ABA is supplied exogenously