Evolution of ancient MADS-gene functions.

Abstract

Dit proefschrift bestudeert de evolutie van de functie van verschillende subfamilies binnen de MADS-box genfamilie. MADS-box genen functioneren als transcriptiefactoren en spelen een belangrijke rol in verschillende ontwikkelingsprocessen van bloeiende planten. Studies over de evolutie v an deze genfamilie hebben reeds aangetoond dat deze genfamilie gekenmerk t wordt door herhaalde en frequente genduplicatie, waarbij de transcript iefactoren na duplicatie behouden worden in het genoom. Een dergelijk pa troon van genduplicatie creëert een potentieel voor functionele diversif icatie via wijzigingen in de spatiotemporele expressie of door veranderi ngen in eiwit-eiwit interactiespecificiteit.. De eerste twee hoofdstukken bestuderen het patroon van genduplicatie en genverlies in twee verschillende MADS-box subfamilies, PISTILLATA en AGL 6. In een eerste hoofdstuk reconstrueren we de evolutie van PISTILLATA e n twee van zijn interactiepartners, TM6 and APETALA3, in de asteriden. H iervoor hebben we nieuwe B-klasse genen geïsoleerd uit basale asteriden en gecombineerd met EST-data. Onze resultaten suggereren dat zowel gedur ende de evolutie van de basale asteriden als doorheen de evolutie van de kernasteriden, oude en recente duplicaties zijn opgetreden in de PISTIL LATA-subfamilie. Bovendien correleren deze duplicaties niet met gelijkaa rdige duplicaties in de evolutie van de interactiepartners TM6 en APETAL A3. We hebben ook de evolutie na duplicatie bestudeerd voor een aantal v an deze gedupliceerde genen via RT-PCR, in situ hybridisatie en yeast-2- hybrid. Samen met informatie over andere soorten uit de groep van de ker nasteriden suggereren deze data dat, gedurende de evolutie van ast eriden, verschillende PISTILLATA duplicaties zijn opgetreden en dat deze gedupliceerde genen kunnen aangewend worden voor nieuwe functies in de bloem. In een tweede hoofdstuk wordt de evolutie van de AGL6-subfamilie doorhee n de bloemplanten beschreven. In totaal werden vier nieuwe duplicaties g eïdentificeerd; één aan de basis van de kerneudicotylen die resulteerde in een AGL6-like en een euAGL6 groep, een tweede gedurende de evolutie v an de basale angiospermen en twee extra duplicaties gedurende de evoluti e van de monocotylen. We hebben de expressiepatronen van deze genfamilie bepaald via kwantitatieve real time PCR om na te geen hoe deze subfamil e is gediversifieerd na duplicatie. Een van beide clades die ontstaan is na de duplicatie aan de basis van de kerneudicotylen (AGL6-like) komt s terk tot expressie in vegetatief weefsel, terwijl de andere clade (euAGL 6) vooral tot expressie komt in reproductieve weefsels. We suggereren da t, na duplicatie aan de basis van de kerneudicotylen, AGL6 een functie h eeft verkregen in de transitie van vegetatieve scheuten, naast de gekend e voorouderlijke functie in reproductieve structuren. In een derde hoofdstuk hebben we de evolutie en functie van een derde MA DS-box subfamile bestudeerd, TM8. Deze subfamilie heeft geen vertegenwoo rdigers in de modelplanten Arabidopsis en rijst en bovendien werd er nog geen enkele TM8-vertegenwoordiger functioneel gekarakteriseerd. In een eerste fase hebben we de reeds beschikbare TM8-vertegenwoordigers in ang iospermen geïdentificeerd en stellen als eerste een reconstructie van de evolutie van deze subfamilie voor. Deze resultaten suggereren dat genve rlies vermoedelijk is opgetreden in de evolutionaire lijn die leidt naar de monocotylen en de Brassicales. Vervolgens hebben we door middel van virus induced gene silencing de functie van TM8 gekarakteriseerd in Nico tiana benthamiana. De interactie van TM8 met SVP (SHORT VEGETATIVE PHASE ), een ander MADS-box gen dat een rol speelt in de controle van bloeitij d in Arabidopsis thaliana, speelt hierin een cruciale rol. Zo hebben we TM8 geïdentificeerd als een bloeirepressor die zijn functie vervult door een gekende promoter van bloei, FLOWERING LOCUS T (FT), te onderdrukken. De effecten op bloeijtijd zouden ook tot stand kunnen kome n via twee andere kleine RNA-molecules, miR156 en miR172. Voor beide is reeds aangetoond dat ze zowel de juveniele-adulte overgang als de bloei- inductie beïnvloeden in Arabidopsis. Onze data suggereren inderdaad dat TM8 (en vermoedelijk ook SVP) een rol spelen in de controle van de juven iele-adulte overgang in Nicotiana benthamiana. Tenslotte hebben we ook v ia virus induced gene silencing in Papaver somniferum aangetoond dat TM8 eveneens beide microRNA s reguleert, wat suggereert dat dit mechanisme geconserveerd is doorheen de evolutie.status: publishe