TY - JOUR A1 - Sedaghatmehr, Mastoureh A1 - Thirumalaikumar, Venkatesh P. A1 - Kamranfar, Iman A1 - Schulz, Karina A1 - Müller-Röber, Bernd A1 - Sampathkumar, Arun A1 - Balazadeh, Salma T1 - Autophagy complements metalloprotease FtsH6 in degrading plastid heat shock protein HSP21 during heat stress recovery JF - The journal of experimental botany : an official publication of the Society for Experimental Biology and of the Federation of European Societies of Plant Physiology N2 - Moderate and temporary heat stresses prime plants to tolerate, and survive, a subsequent severe heat stress. Such acquired thermotolerance can be maintained for several days under normal growth conditions, and can create a heat stress memory. We recently demonstrated that plastid-localized small heat shock protein 21 ( HSP21) is a key component of heat stress memory in Arabidopsis thaliana. A sustained high abundance of HSP21 during the heat stress recovery phase extends heat stress memory. The level of HSP21 is negatively controlled by plastid-localized metalloprotease FtsH6 during heat stress recovery. Here, we demonstrate that autophagy, a cellular recycling mechanism, exerts additional control over HSP21 degradation. Genetic and chemical disruption of both metalloprotease activity and autophagy trigger superior HSP21 accumulation, thereby improving memory. Furthermore, we provide evidence that autophagy cargo receptor ATG8-INTERACTING PROTEIN1 (ATI1) is associated with heat stress memory. ATI1 bodies co-localize with both autophagosomes and HSP21, and their abundance and transport to the vacuole increase during heat stress recovery. Together, our results provide new insights into the module for control of the regulation of heat stress memory, in which two distinct protein degradation pathways act in concert to degrade HSP21, thereby enabling cells to recover from the heat stress effect at the cost of reducing the heat stress memory. KW - Arabidopsis thaliana KW - ATI1 KW - FtsH6 KW - heat stress KW - HSP21 KW - plastid KW - selective autophagy KW - stress memory KW - stress recovery Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1093/jxb/erab304 SN - 0022-0957 SN - 1460-2431 VL - 72 IS - 21 SP - 7498 EP - 7513 PB - Oxford University Press CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Drechsel, Oliver T1 - Untersuchungen zu Struktur und Expression des Plastidengenoms höherer Pflanzen T1 - Investigation of structure and expression of the plastid genome of higher plants N2 - Auf dem Weg der genetischen Information stellt die Translation der RNA in eine Aminosäuresequenz den letzten Schritt dar. In Chloroplasten, den grünen Organellen der Pflanzenzellen, findet ein Großteil der Regulation der Genexpression auf Ebene der Initiation dieses Schrittes statt. Eine Vielzahl von Eigenschaften der RNA und von Faktoren, die an die RNA binden, entfalten einen Einfluss auf diesen Schritt. Bisher unvollständig aufgeklärt ist die Rolle einer konservierten Nukleotidsequenz in der untranslatierten Region der RNA -- der Shine-Dalgarno-Sequenz. Diese stellt in Bakterien, wie z.B. E. coli als Ribosomenbindestelle sicher, dass Ribosomen den Anfang der zu translatierenden Sequenz zuverlässig erkennen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diverse DNA-Konstrukte in Plastiden von Tabak eingebracht. Hierzu zählten Konstrukte, die sowohl eine erhöhte Anzahl von Ribosomenbindestellen enthielten als auch vermehrte Startpunkte der Translation. Zusätzlich wurden Konstrukte hergestellt, die die Situation von mehreren zu translatierenden Regionen in der RNA nachstellten. Es konnte festgestellt werden, dass plastidäre Ribosomen die strangaufwärts gelegenen Translationsstartpunkte bevorzugen -- im Gegensatz zu E. coli, wo alle Startpunkte gleichmäßig genutzt wurden. Hierdurch zeigten die prokaryotischen Ribosomen aus Chloroplasten, die sich aus bakteriellen Systemen ableiten, Eigenschaften von eukaryotischen Ribosomen. Ein zweites Teilprojekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Inkompatibilität von Chloroplasten mit dem Kerngenom. In Kreuzungen von Arten der Gattung Pelargonium fielen Kombinationen auf, bei denen die Tochterpflanzen bleiche Blattbereiche bis hin zu vollständig weißen Pflanzen zeigten. Dieses Phänomen wird als Bastardbleichheit bezeichnet. In der Gattung Pelargonium werden Chloroplasten von beiden Elternteilen an die Tochterpflanzen vererbt. Da das Phänomen der Bastardbleichheit nur in einem der Plastiden vorkommt, nicht jedoch im anderen in der gleichen Pflanze, muss von einem Effekt ausgegangen werden, der von Plastiden ausgeht. Die Interaktionen zwischen Zellkern und Chloroplasten sind offensichtlich stark gestört. Zur detaillierten Untersuchung dieses Effekts wurde die Nukleotidsequenz von drei Chloroplastengenomen aufgeklärt. Es konnte eine Reihe von Sequenzunterschieden der Genome ermittelt werden. Aus diesen wurde eine Reihe von Unterschieden beobachtet, die einen solchen Effekt zur Folge haben können. Aus diesen Unterschieden wurde eine Reihe von potentiellen Kandidatengenen zusammengestellt, die in weiteren Arbeiten auf ihre Rolle in der Entstehung der Bastardbleichheit untersucht werden. N2 - Chloroplasts are the green organelles of plants with a evolutionary prokaryotic background. During evolution chloroplasts established translation initiation as the major step in regulation of gene expression. A vast number of factors, e.g. sequence elements, secondary structures or RNA binding proteins, influences the regulation of translation initiation. A conserved sequence – Shine-Dalgarno sequence – can be identified both in prokaryotes as well as chloroplasts. In prokaryotes this sequence provides a faithful means for positioning of the ribosome to the start codon. Due to lower conservation of Shine-Dalgarno sequences the role of this sequence in translation initiation is not completely understood. We designed a series of constructs that contain different arrangements of these sequences in the 5’ UTR resulting in an increased number of potential ribosome binding sites or translation initiation sites. Additionally we constructed a series of 5’ UTRs that resembled polycistronic transcripts. The results showed a dramatic effect of the different constructs on the translation efficiency of the reporter protein. It could be shown that numerous translation initiation sites increase translation efficiency, whereas increased numbers of ribosome binding sites do not. Additionally it could be shown, that plastidic ribosomes preferentially initiate on 5’ translations initiation sites in contrast to prokaryotic ribosomes that recognize initiation sites equally. This illustrates that plastidic ribosomes in contrast to prokaryotic ribosomes show a scanning like mechanism. Hence plastidic ribosomes gained some eukaryotic properties during evolution. A second project was dealing with hybrid variegation. This phenomenon is based on plastid-nuclear genome incompatibility. Due to biparental plastid inheritance in Pelargonium hybrids may show chimeric phenotypes with bleached (incompatible) and green (compatible) sectors. This points to the plastome as cause for the hybrid variegation. To this end the nucleotide sequence of three plastid genomes was determined and an array of candidate genes causing the incompatibility could be compiled. KW - Shine-Dalgarno-Sequenzen KW - Translationsinitiation KW - Plastid KW - Bastardbleichheit KW - Shine-Dalgarno sequences KW - translation initiation KW - plastid KW - hybrid variegation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-31056 ER -