Magda Ewa Lotkowska

• Transcription factors (TFs) are ubiquitous gene expression regulators and play essential roles in almost all biological processes. This Ph.D. project is primarily focused on the functional characterisation of MYB112 - a member of the R2R3-MYB TF family from the model plant Arabidopsis thaliana. This gene was selected due to its increased expression during senescence based on previous qRT-PCR expression profiling experiments of 1880 TFs in Arabidopsis leaves at three developmental stages (15 mm leaf, 30 mm leaf and 20% yellowing leaf). MYB112 promoter GUS fusion lines were generated to further investigate the expression pattern of MYB112. Employing transgenic approaches in combination with metabolomics and transcriptomics we demonstrate that MYB112 exerts a major role in regulation of plant flavonoid metabolism. We report enhanced and impaired anthocyanin accumulation in MYB112 overexpressors and MYB112-deficient mutants, respectively. Expression profiling reveals that MYB112 acts as a positive regulator of the transcription factorTranscription factors (TFs) are ubiquitous gene expression regulators and play essential roles in almost all biological processes. This Ph.D. project is primarily focused on the functional characterisation of MYB112 - a member of the R2R3-MYB TF family from the model plant Arabidopsis thaliana. This gene was selected due to its increased expression during senescence based on previous qRT-PCR expression profiling experiments of 1880 TFs in Arabidopsis leaves at three developmental stages (15 mm leaf, 30 mm leaf and 20% yellowing leaf). MYB112 promoter GUS fusion lines were generated to further investigate the expression pattern of MYB112. Employing transgenic approaches in combination with metabolomics and transcriptomics we demonstrate that MYB112 exerts a major role in regulation of plant flavonoid metabolism. We report enhanced and impaired anthocyanin accumulation in MYB112 overexpressors and MYB112-deficient mutants, respectively. Expression profiling reveals that MYB112 acts as a positive regulator of the transcription factor PAP1 leading to increased anthocyanin biosynthesis, and as a negative regulator of MYB12 and MYB111, which both control flavonol biosynthesis. We also identify MYB112 early responsive genes using a combination of several approaches. These include gene expression profiling (Affymetrix ATH1 micro-arrays and qRT-PCR) and transactivation assays in leaf mesophyll cell protoplasts. We show that MYB112 binds to an 8-bp DNA fragment containing the core sequence (A/T/G)(A/C)CC(A/T)(A/G/T)(A/C)(T/C). By electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and chromatin immunoprecipitation coupled to qPCR (ChIP-qPCR) we demonstrate that MYB112 binds in vitro and in vivo to MYB7 and MYB32 promoters revealing them as direct downstream target genes. MYB TFs were previously reported to play an important role in controlling flavonoid biosynthesis in plants. Many factors acting upstream of the anthocyanin biosynthesis pathway show enhanced expression levels during nitrogen limitation, or elevated sucrose content. In addition to the mentioned conditions, other environmental parameters including salinity or high light stress may trigger anthocyanin accumulation. In contrast to several other MYB TFs affecting anthocyanin biosynthesis pathway genes, MYB112 expression is not controlled by nitrogen limitation, or carbon excess, but rather is stimulated by salinity and high light stress. Thus, MYB112 constitutes a previously uncharacterised regulatory factor that modifies anthocyanin accumulation under conditions of abiotic stress.…
• Transkriptionsfaktoren (TFs) sind ubiquitäre Regulatoren der Genexpression und spielen eine essentielle Rolle in nahezu allen biologischen Prozessen. Diese Doktorarbeit hat vor allem die funktionelle Charakterisierung von MYB112 zum Thema, einem Mitglied der R2R3-MYB-TF-Familie aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Ausgesucht wurde das Gen aufgrund seiner erhöhten Expression in seneszenten Blättern, basierend auf vorangegangenen qRT-PCR Expressions-Profiling Experimenten für 1880 TFs in Arabidopsis Blättern aus drei Entwicklungsstadien (15 mm Blatt, 30 mm Blatt und 20 % vergilbtes Blatt). MYB112-Promotor-GUS-Fusionslinien wurden generiert um das Expressionsmuster von MYB112 detailliert zu untersuchen. Unter Zuhilfenahme transgener Ansätze in Kombination mit Metabolomics und Transcriptomics können wir zeigen, dass MYB112 eine wichtige Rolle in der Regulation des pflanzlichen Flavonoid-Metabolismus spielt. In MYB112 Überexpressoren und MYB112-defizienten Mutanten kommt es zu erhöhter bzw. verminderter Anthocyanin-Akkumulation.Transkriptionsfaktoren (TFs) sind ubiquitäre Regulatoren der Genexpression und spielen eine essentielle Rolle in nahezu allen biologischen Prozessen. Diese Doktorarbeit hat vor allem die funktionelle Charakterisierung von MYB112 zum Thema, einem Mitglied der R2R3-MYB-TF-Familie aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Ausgesucht wurde das Gen aufgrund seiner erhöhten Expression in seneszenten Blättern, basierend auf vorangegangenen qRT-PCR Expressions-Profiling Experimenten für 1880 TFs in Arabidopsis Blättern aus drei Entwicklungsstadien (15 mm Blatt, 30 mm Blatt und 20 % vergilbtes Blatt). MYB112-Promotor-GUS-Fusionslinien wurden generiert um das Expressionsmuster von MYB112 detailliert zu untersuchen. Unter Zuhilfenahme transgener Ansätze in Kombination mit Metabolomics und Transcriptomics können wir zeigen, dass MYB112 eine wichtige Rolle in der Regulation des pflanzlichen Flavonoid-Metabolismus spielt. In MYB112 Überexpressoren und MYB112-defizienten Mutanten kommt es zu erhöhter bzw. verminderter Anthocyanin-Akkumulation. Expressions-Profiling zeigt, dass MYB112 einerseits als ein positiver Regulator des Transkriptionsfaktors PAP1 fungiert, was zu einer erhöhten Anthocyanin-Biosynthese führt, andererseits als negativer Regulator von MYB12 und MYB111 auftritt, welche beide die Flavonol-Biosynthese kontrollieren. Wir haben früh auf MYB112 reagierende Gene durch eine Kombination verschiedener Ansätze identifiziert. Diese umfassen Genexpressions-Profiling (Affymetrix ATH1 Microarrays und qRT-PCR) und Transaktivierungs-Experimente in Mesophyll-Protoplasten aus Blättern. Wir zeigen, dass MYB112 an eine 8-bp DNA-Fragment, welches die Kernsequenz (A/T/G)(A/C)CC(A/T)(A/G/T)(A/C)(T/C) aufweist. Mit Hilfe von Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) und Chromatin-Immunopräzipitation gekoppelt mit qPCR (ChIP-qPCR) zeigen wir, dass MYB112 in vitro und in vivo an die Promotoren von MYB7 und MYB32 bindet was sie damit als direkte Zielgene von MYB112 identifiziert. Es wurde bereits gezeigt, dass MYB TFs eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Flavonoid-Biosynthese in Pflanzen haben. Viele Faktoren, die oberhalb des Anthocyanin-Biosyntheseweges agieren, werden bei Stickstofflimitierung oder erhöhter Saccharose-Konzentration auch verstärkt exprimiert. Außer den erwähnten Bedingungen können auch andere Umweltparameter, wie z. B. erhöhter Salzgehalt und Starklicht zu erhöhter Expression führen. Im Gegensatz jedoch zu einigen anderen MYB TFs, die einen Einfluss auf Gene des Anthocyanin-Biosyntheseweges ausüben, ist die Expression von MYB112 nicht durch Stickstoff-Limitierung oder Kohlenstoffüberfluss kontrolliert, sondern wird durch erhöhten Salzgehalt sowie Starklicht stimuliert. Somit ist MYB112 ein neuer Regulator, der eine Anthocyanin-Akkumulation unter abiotischen Stressbedingungen kontrolliert.…