The importance of the protein Scarecrow-like 14 in the transcriptional regulation of stress genes

Das cis-regulatorische Element as-1 ist durch Salizylsäure (SA) und Auxin induzierbar. Dabei wird eine Beteiligung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) vermutet. Transkriptionsfaktoren der TGA-Familie binden an das as-1-Element und führen so zu einer Aktivierung der Genexpression. Für TGA2.2 aus Tabak konnte in Hefe gezeigt werden, dass er an DNA bindet, aber keine Aktivierung der Genexpression bewirkt. In einem modifizierten Hefe Einhybridsystem mit dem orthologen Faktor TGA2 aus Arabidopsis thaliana konnte Scarecrow-like 14 (SCL14) als Co-Aktivatorprotein identifiziert werden, das mit TGA2, der an ein dreifaches as-1-Element gebunden vorlag, interagiert. SCL14 ist ein Mitglied der GRAS-Genfamilie, die eine Reihe putativer Transkriptionsfaktoren umfasst. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Interaktion in vitro in einer pull down-Analyse bestätigt, und die Spezifität der Interaktion zwischen TGA2 und SCL14 im Vergleich mit nah-verwandten Proteinen der GRAS-Familie gezeigt werden. Die Überexpression von SCL14 in planta hatte eine gesteigerte Aktivität eines as-1::GUS-Konstrukts zur Folge, die unabhängig von den bekannten Stimuli SA oder 2,4-D, einem Auxin-Analogon, zu sein scheint. In T-DNA Insertionspflanzen (ko), die SCL14 nicht exprimieren, konnte kein GUS-Signal detektiert werden. Dies deutet auf eine essentielle Bedeutung von SCL14 für die Aktivierung der as-1-vermittelten Genexpression hin.Ein weiterer Interaktionspartner von SCL14 ist der Kernexportrezeptor XPOI. Der XPOI-vermittelte Kernexport kann durch Behandlung mit Leptomycin B (LMB) inhibiert werden. In mit SCL14-GFP transient transfizierten Tabak BY-2-Protoplasten führt die Behandlung mit LMB zu einer ausschließlichen Lokalisierung im Zellkern. Dies spricht dafür, dass die SCL14-Lokalisierung im Cytosol auf den XPOI-vermittelten Kernexport zurückzuführen ist. Die Inhibierung hat aber keinen Einfluss auf die Aktivität der as-1-vermittelten Genexpression. In Pflanzen, die SCL14 sowohl endogen als auch fusioniert mit der Glucocorticoidrezeptor-Bindedomäne (GR) exprimierten, konnte das SCL14-GR-Fusionsprotein in uninduziertem Zustand außerhalb des Kerns gehalten werden. In diesem Zustand konnte bereits eine erhöhte as-1::GUS-Aktivität detektiert werden. Induktion mit Dexamethason hatte eine weitere Erhöhung der Aktivität zur Folge. Daher kann ein positiver Einfluss von SCL14 sowohl bei Vorhandensein im Zellkern als auch im Cytosol auf die as-1-vermittelte Genexpression postuliert werden.Die Expression von SCL14 wird durch dunkel-induzierte Seneszenz und Ozon erhöht. Eine Gemeinsamkeit beider Stresse ist, dass in ihrem Verlauf ROS entstehen. Daher könnte die Verstärkung der SCL14-Expression durch einen erhöhten ROS-Gehalt induziert werden. Des weiteren können Samen der SCL14-ko-Linie unter oxidativem Stress, verursacht durch Paraquat, nicht auskeimen. Dies deutet auf eine mögliche Beteiligung von SCL14 an der Unschädlichmachung von ROS hin.Da bisher keine Beteiligung von SCL14 an der Regulation der Expression bekannter Gene, die as-1-ähnliche Elemente im Promotorbereich tragen, gezeigt werden konnte, wurde in Mikroarray Analysen nach möglichen Zielgenen gesucht. Dabei konnten zwei Gene der NAM-Familie (At1g01720 und At1g77450) identifiziert werden, die in der ko-Linie schwach und in der OE-Linie stark exprimiert werden. Beide Gene werden, wie SCL14 auch, verstärkt in Samen exprimiert und enthalten in ihren Promotoren TGABindestellen. Dies deutet auf eine SCL14-TGA2-abhängige Expression hin

The Arabidopsis GRAS Protein SCL14 Interacts with Class II TGA Transcription Factors and Is Essential for the Activation of Stress-Inducible Promoters[C][W]

The plant signaling molecule salicylic acid (SA) and/or xenobiotic chemicals like the auxin mimic 2,4-D induce transcriptional activation of defense- and stress-related genes that contain activation sequence-1 (as-1)–like cis-elements in their promoters. as-1–like sequences are recognized by basic/leucine zipper transcription factors of the TGA family. Expression of genes related to the SA-dependent defense program systemic acquired resistance requires the TGA-interacting protein NPR1. However, a number of as-1–containing promoters can be activated independently from NPR1. Here, we report the identification of Arabidopsis thaliana SCARECROW-like 14 (SCL14), a member of the GRAS family of regulatory proteins, as a TGA-interacting protein that is required for the activation of TGA-dependent but NPR1-independent SA- and 2,4-D–inducible promoters. Chromatin immunoprecipitation experiments revealed that class II TGA factors TGA2, TGA5, and/or TGA6 are needed to recruit SCL14 to promoters of selected SCL14 target genes identified by whole-genome transcript profiling experiments. The coding regions and the expression profiles of the SCL14-dependent genes imply that they might be involved in the detoxification of xenobiotics and possibly endogenous harmful metabolites. Consistently, plants ectopically expressing SCL14 showed increased tolerance to toxic doses of the chemicals isonicotinic acid and 2,4,6-triiodobenzoic acid, whereas the scl14 and the tga2 tga5 tga6 mutants were more susceptible. Hence, the TGA/SCL14 complex seems to be involved in the activation of a general broad-spectrum detoxification network upon challenge of plants with xenobiotics

Identification of Novel Plant Peroxisomal Targeting Signals by a Combination of Machine Learning Methods and in Vivo Subcellular Targeting Analyses[W]

Two different prediction methods for Arabidopsis proteins carrying peroxisome targeting signals type 1 (PTS1) are described. Validation of many novel targeting signals and Arabidopsis PTS1 proteins by in vivo localization experiments demonstrates a high prediction accuracy of the new methods