Wer kontrolliert die Blütenbildung?

15/02/2018

Neue Publikation zeigt vielversprechenden Ansatz, um Schlüsselgene der Blütenbildung zu identifizieren.

Pflanzen der gleichen Art können mit unterschiedlichen Phänotypen auftreten, z. B. haben einige Pflanzen mehr Blätter oder blühen früher als andere. Diese Vielfalt kann auf Variationen in der Transkription von Genen zurückzuführen sein, die durch sogenannte Transkriptionsfaktoren gesteuert wird. Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die Gene ein- oder ausschalten und dadurch die Expression von anderen Proteinen regulieren können.

Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung von Blüten, die in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana durch den Transkriptionsfaktor FLOWERING LOCUS C (FLC) reguliert wird. Dieser Transkriptionsfaktor spielt eine wichtige Rolle in der Regulation der Pflanzenentwicklung, da er die Blütenbildung bis zum Zeitpunkt der Kälte im Winter unterdrückt. Bisher ist es jedoch noch nicht genau verstanden, wie sich solche transkriptionellen Muster entwickelt haben. Die Analyse von genomweiten Transkriptionsmustern wurde kürzlich in Hefe und Metazoen (ChIPseq-Experimente) und ebenso in Pflanzen der gleichen Art untersucht. Bisher lagen jedoch kaum Studien vor, die Transkriptionsmuster von Pflanzen verschiedener Arten vergleichen. Genau dieser Ansatz wurde nun in der neuen Veröffentlichung <link https: www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed _blank external-link-new-window internen link im aktuellen>"Divergence of regulatory networks governed by the orthologous transcription factors FLC and PEP1 in Brassicaceae species", unter Beteiligung des Koordinators des CEPLAS-Forschungsbereichs A <link _blank internal-link internen link im aktuellen>George Coupland und CEPLAS Alumni <link _blank internal-link internen link im aktuellen>Vicky Tilmes, verfolgt.
In der aktuellen Studie wurden die Zielgene (Bindungsstellen) des A. thaliana Transkriptionsfaktors FLC mit Zielgenen der Art Arabis alpina, die ebenfalls aus der Pflanzenfamilie Brassicaceae stammt, verglichen. Dazu mussten die Wissenschaftler/innen zunächst die Zielgene des FLC-Pendants in A. alpina bestimmen, welches der orthologe Transkriptionsfaktor PERPETUAL FLOWERING 1 (PEP1) ist. Beide Transkriptionsfaktoren (FLC und PEP1) sind als Repressoren der Blütenbildung bekannt. Anschließend wurden die Zielgene zwischen beiden Spezies verglichen. Interessanterweise stimmten zwischen den beiden Arten weniger als 20% der Zielgene überein. Viele dieser evolutiv konservierten Gene sind jedoch in beiden Arten an dem Blühprozess beteiligt. Der Vergleich von Zielgenen zwischen verschiedenen Arten scheint daher ein vielversprechender Ansatz zu sein, um zu identifizieren, welche Gene an der Kernfunktion eines Transkriptionsfaktors beteiligt sind; das ist in diesem Fall die Initiierung der Blüte.
Die restlichen 80% der analysierten Zielgene unterschieden sich zwischen der einjährigen Pflanze A. thaliana und der mehrjährigen Pflanze A. alpina und waren oft an Stressantworten beteiligt. Dieser große Unterschied der Zielgene von orthologen Transkriptionsfaktoren legt nahe, dass Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen in Pflanzen sich während der Evolution schnell ändern. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass in beiden untersuchten Pflanzen die artspezifischen Zielgene an Umweltstressreaktionen beteiligt sind und sich daher entsprechend den Umweltveränderungen und unterschiedliche Lebensräume verändert haben. Dies deutet darauf hin, dass deren Bindungsstellen später entstanden sind als die zuvor genannten 20%, die an der Blütenbildung beteiligt sind.

Transkriptionsfaktoren kontrollieren wichtige Merkmale wie z.B. die Entwicklung der Blüte. In dieser Studie wurden zum ersten Mal zwei pflanzliche Transkriptionsfaktoren verschiedener Spezies verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass deren Kernfunktion (Blüte) erhalten bleibt, während andere Funktionen (Umweltstress) sich von Art zu Art unterscheiden.

Vollständige Publikation: Mateos JL, Tilmes V, Madrigal P, Severing E, Richter R, Rijkenberg CWM, Krajewski P, Coupland G (2017) Divergence of regulatory networks governed by the orthologous transcription factors FLC and PEP1 in Brassicaceae species. Proc Natl Acad Sci U S A. 114(51):E11037-E11046. doi: 10.1073/pnas.1618075114 <link https: www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed _blank external-link-new-window internal link in current>[Abstract]

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