TY  - THES
A1  - Riaño-Pachón, Diego Mauricio
T1  - Identification of transcription factor genes in plants
T1  - Identifizierung von Transkriptionsfaktorgenen in Pflanzen
N2  - In order to function properly, organisms have a complex control mechanism, in which a given gene is expressed at a particular time and place. One way to achieve this control is to regulate the initiation of transcription. This step requires the assembly of several components, i.e., a basal/general machinery common to all expressed genes, and a specific/regulatory machinery, which differs among genes and is the responsible for proper gene expression in response to environmental or developmental signals. This specific machinery is composed of transcription factors (TFs), which can be grouped into evolutionarily related gene families that possess characteristic protein domains. In this work we have exploited the presence of protein domains to create rules that serve for the identification and classification of TFs. We have modelled such rules as a bipartite graph, where families and protein domains are represented as nodes. Connections between nodes represent that a protein domain should (required rule) or should not (forbidden rule) be present in a protein to be assigned into a TF family. Following this approach we have identified putative complete sets of TFs in plant species, whose genome is completely sequenced: Cyanidioschyzon merolae (red algae), Chlamydomonas reinhardtii (green alga), Ostreococcus tauri (green alga), Physcomitrella patens (moss), Arabidopsis thaliana (thale cress), Populus trichocarpa (black cottonwood) and Oryza sativa (rice). The identification of the complete sets of TFs in the above-mentioned species, as well as additional information and reference literature are available at http://plntfdb.bio.uni-potsdam.de/. The availability of such sets allowed us performing detailed evolutionary studies at different levels, from a single family to all TF families in different organisms in a comparative genomics context. Notably, we uncovered preferential expansions in different lineages, paving the way to discover the specific biological roles of these proteins under different conditions. For the basic leucine zipper (bZIP) family of TFs we were able to infer that in the most recent common ancestor (MRCA) of all green plants there were at least four bZIP genes functionally involved in oxidative stress and unfolded protein responses that are bZIP-mediated processes in all eukaryotes, but also in light-dependent regulations. The four founder genes amplified and diverged significantly, generating traits that benefited the colonization of new environments. Currently, following the approach described above, up to 57 TF and 11 TR families can be identified, which are among the most numerous transcription regulatory families in plants. Three families of putative TFs predate the split between rhodophyta (red algae) and chlorophyta (green algae), i.e., G2-like, PLATZ, and RWPRK, and may have been of particular importance for the evolution of eukaryotic photosynthetic organisms. Nine additional families, i.e., ABI3/VP1, AP2-EREBP, ARR-B, C2C2-CO-like, C2C2-Dof, PBF-2-like/Whirly, Pseudo ARR-B, SBP, and WRKY, predate the split between green algae and streptophytes. The identification of putative complete list of TFs has also allowed the delineation of lineage-specific regulatory families. The families SBP, bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP and FHA significantly differ in size between algae and land plants. The SBP family of TFs is significantly larger in C. reinhardtii, compared to land plants, and appears to have been lost in the prasinophyte O. tauri. The families bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP and FHA preferentially expanded with the colonisation of land, and might have played an important role in this great moment in evolution. Later, after the split of bryophytes and tracheophytes, the families MADS, AP2-EREBP, NAC, AUX/IAA, PHD and HRT have significantly larger numbers in the lineage leading to seed plants. We identified 23 families that are restricted to land plants and that might have played an important role in the colonization of this new habitat. Based on the list of TFs in different species we have started to develop high-throughput experimental platforms (in rice and C. reinhardtii) to monitor gene expression changes of TF genes under different genetic, developmental or environmental conditions. In this work we present the monitoring of Arabidopsis thaliana TFs during the onset of senescence, a process that leads to cell and tissue disintegration in order to redistribute nutrients (e.g. nitrogen) from leaves to reproductive organs. We show that the expression of 185 TF genes changes when leaves develop from half to fully expanded leaves and finally enter partial senescence. 76% of these TFs are down-regulated during senescence, the remaining are up-regulated. The identification of TFs in plants in a comparative genomics setup has proven fruitful for the understanding of evolutionary processes and contributes to the elucidation of complex developmental programs.
N2  - Organismen weisen einen komplexen Steuerungsmechanismus auf, bei dem die Aktivität eines Gens räumlich und zeitlich reguliert wird. Eine Möglichkeit der Kontrolle der Genaktivität ist Regulation der Initiation der Transkription. Eine Voraussetzung für die Transkriptionsinitiation ist die Zusammenlagerung verschiedener Komponenten: eine allgemeine Maschinerie, die für alle exprimierten Gene gleich ist und eine spezifische Maschinerie, die sich von Gen zu Gen unterscheidet und die für die korrekte Genexpression in Abhängigkeit der Entwicklung und von Umweltsignalen verantwortlich ist. Diese spezifische Maschinerie besteht aus Transkriptionsfaktoren (TFs), welche in evolutionär verwandte Genefamilien eingeteilt werden können, die charakteristische Proteindomänen aufweisen. In dieser Arbeit habe ich die Proteindomänen genutzt, um Regeln aufzustellen, die die Identifizierung und Klassifizierung von TFs erlauben. Solche Regeln wurden als Graphen modelliert, in denen die Familien und Proteindomänen als Knoten repräsentiert wurden. Verbindungen zwischen den Knoten bedeuten, dass eine Proteindomäne in einem Protein entweder vorhanden sein sollte oder nicht vorhanden sein darf, damit das Protein einer TF-Familie zugeordnet wird. Mit Hilfe dieses Ansatzes wurden vermutlich vollständige Datensätze von TFs in Pflanzenspezies generiert, deren Genom komplett sequenziert wurde: C. merolae, C. reinhardtii, O. tauri, P. patens, A. thaliana, P. trichocarpa and O. sativa. Diese kompletten TF-Sätze sowie weitergehende Informationen und Literaturhinweise wurden unter der Internetadresse http://plntfdb.bio.uni-potsdam.de/ öffentlich zugänglich gemacht. Die Datensätze erlaubten es, detailliertere evolutionäre Studien mit unterschiedlichen Schwerpunkten durchzuführen. Diese reichten von der Analyse einzelner Familien bis hin zum genomweiten Vergleich aller TF-Familien in verschiedenen Organismen. Als Resultat besonders erwähnenswert ist, dass bevorzugt einige bestimmte TF-Familien in verschiedenen Spezies expandierten. Diese Studien ebnen den Weg, um die spezifische biologische Rolle dieser Proteine unter verschiedenen Bedingungen zu ergründen. Für die wichtige TF-Familie bZIP konnte gezeigt werden, dass der letzte gemeinsame Vorfahr aller Grünpflanzen mindestens vier bZIP Gene hatte, die funktionell in die Antwort auf oxidativen Stress eingebunden waren. Aus den vier Gründergene entstand durch Genverdopplung und –differenzierung eine große Familie, die Eigenschaften hervorbrachte, die die Besiedelung neuer Lebensräume ermöglichten. Mit Hilfe des oben beschriebenen Ansatzes können derzeit aus der Vielzahl der Transkriptionsregulatorfamilien in Pflanzen bis zu 57 TF und 11 TR Familien identifiziert werden. Drei Familien mutmaßlicher TFs markieren die Trennung zwischen Rhodophyta (Rotalgen) und Chlorophyta (Grünalgen): G2-like, PLATZ und RWPRK. Diese könnten eine besondere Rolle bei der Evolution eukaryotischer photosynthetisch aktiver Organismen gespielt haben. Neun zusätzliche Familien (ABI3/VP1, AP2-EREBP, ARR-B, C2C2-CO-like, C2C2-Dof, PBF-2-like/Whirly, Pseudo ARR-B, SBP und WRKY) kennzeichnen die Trennung zwischen Grünalgen und Streptophyten. Die Identifizierung putativer kompletter Listen an TFs erlaubte auch die Identifizierung abtammungsspezifischer regulatorischer Familien. Die Familien SBP, bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP und FHA unterscheiden sich signifikant in ihrer Größe zwischen Algen und Landpflanzen. Die SBP Familie ist in C. reinhardtii signifikant größer als in Landpflanzen. In der Parasinophyte O. tauri scheint diese Familie verloren gegangen zu sein. Die Familien bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP und FHA expandierten präferenziell mit der Kolonialisation an Land. Sie könnten eine wichte Rolle während dieses einschneidenden Ereignisses der Evolution gespielt haben. Später, nach der Trennung von Bryophyten und Tracheophyten sind die Familien MADS, AP2-EREBP, NAC, AUX/IAA, PHD und HRT stärker in den Linien, die zu Samenpflanzen führten, gewachsen. 23 TF-Familien wurden identifiziert, die es nur in Landpflanzen gibt. Sie könnten eine besondere Rolle bei der Besiedelung des neuen Lebensraum gespielt haben. Aufbauend auf die Transkriptionsfaktordatensätze, die in dieser Arbeit erstellt wurden, wurde mittlerweile damit begonnen, experimentelle Hochdurchsatz-Plattformen zu entwickeln (für Reis und für C. reinhardtii), um Änderungen in der Genaktivität der TF-Gene unter verschiedenen genetischen, Entwicklungs- oder Umweltbedingungen zu untersuchen. In dieser Arbeit wird die Analyse von TFs aus A. thaliana im Verlauf der Seneszenz vorgestellt. Seneszenz ist ein Prozess, der zur Zell- und Gewebeauflösung führt, um Nährstoffe aus den Blättern für den Transport in reproduktive Organe freizusetzen. Es wird gezeigt, dass sich die Expression von 187 TF Gene verändert, wenn sich die Blätter voll entfalten und schließlich teilweise in den Prozess der Seneszenz eintreten. 76% der TFs waren runterreguliert, die übrigen waren hochreguliert.
KW  - Transkriptionfaktorgenen
KW  - Regulation
KW  - Evolution
KW  - Datenbank
KW  - Pflanzen
KW  - transcription factor genes
KW  - regulation
KW  - evolution
KW  - plants
KW  - database
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27009
ER  - 
TY  - THES
A1  - Guedes Corrêa, Luiz Gustavo
T1  - Evolutionary and functional analysis of transcription factors controlling leaf development
T1  - Evolutionäre und funktionelle Analyse von Transkriptionsfaktoren, welche die Blattentwicklung steuern
N2  - Leaves are the main photosynthetic organs of vascular plants, and leaf development is dependent on a proper control of gene expression. Transcription factors (TFs) are global regulators of gene expression that play essential roles in almost all biological processes among eukaryotes. This PhD project focused on the characterization of the sink-to-source transition of Arabidopsis leaves and on the analysis of TFs that play a role in early leaf development. The sink-to-source transition occurs when the young emerging leaves (net carbon importers) acquire a positive photosynthetic balance and start exporting photoassimilates. We have established molecular and physiological markers (i.e., CAB1 and CAB2 expression levels, AtSUC2 and AtCHoR expression patterns, chlorophyll and starch levels, and photosynthetic electron transport rates) to identify the starting point of the transition, especially because the sink-to-source is not accompanied by a visual phenotype in contrast to other developmental transitions, such as the mature-to-senescent transition of leaves. The sink-to-source transition can be divided into two different processes: one light dependent, related to photosynthesis and light responses; and one light independent or impaired, related to the changes in the vascular tissue that occur when leaves change from an import to an export mode. Furthermore, starch, but not sucrose, has been identified as one of the potential signalling molecules for this transition. The expression level of 1880 TFs during early leaf development was assessed by qRTPCR, and 153 TFs were found to exhibit differential expression levels of at least 5-fold. GRF, MYB and SRS are TF families, which are overrepresented among the differentially expressed TFs. Additionally, processes like cell identity acquisition, formation of the epidermis and leaf development are overrepresented among the differentially expressed TFs, which helps to validate the results obtained. Two of these TFs were further characterized. bZIP21 is a gene up-regulated during the sink-to-source and mature-to-senescent transitions. Its expression pattern in leaves overlaps with the one observed for AtCHoR, therefore it constitutes a good marker for the sink-to-source transition. Homozygous null mutants of bZIP21 could not be obtained, indicating that the total absence of bZIP21 function may be lethal to the plant. Phylogenetic analyses indicate that bZIP21 is an orthologue of Liguleless2 from maize. In these analyses, we identified that the whole set of bZIPs in plants originated from four founder genes, and that all bZIPs from angiosperms can be classified into 13 groups of homologues and 34 Possible Groups of Orthologues (PoGOs). bHLH64 is a gene highly expressed in early sink leaves, its expression is downregulated during the mature-to-senescent transition. Null mutants of bHLH64 are characterized by delayed bolting when compared to the wild-type; this indicates a possible delay in the sink-to-source transition or the retention of a juvenile identity. A third TF, Dof4, was also characterized. Dof4 is neither differentially expressed during the sink-to-source nor during the senescent-to-mature transition, but a null mutant of Dof4 develops bigger leaves than the wild-type and forms a greater number of siliques. The Dof4 null mutant has proven to be a good background for biomass accumulation analysis. Though not overrepresented during the sink-to-source transition, NAC transcription factors seem to contribute significantly to the mature-to-senescent transition. Twenty two NACs from Arabidopsis and 44 from rice are differentially expressed during late stages of leaf development. Phylogenetic analyses revealed that most of these NACs cluster into three big groups of homologues, indicating functional conservation between eudicots and monocots. To prove functional conservation of orthologues, the expression of ten NAC genes of barley was analysed. Eight of the ten NAC genes were found to be differentially expressed during senescence. The use of evolutionary approaches combined with functional studies is thus expected to support the transfer of current knowledge of gene control gained in model species to crops.
N2  - Das Blatt ist das wichtigste photosynthetische Organ von Gefäßpflanzen und die Blattentwicklung ist von einer exakten Genexpression abhängig. Transkriptionsfaktoren (TFs) sind globale Regulatoren der Genexpression. Diese sind, in fast allen biologischen Vorgängen der Eukaryoten, von grundlegender Bedeutung. Das Promotionsarbeit legte den Schwerpunkt auf den sogenannten Sink-source-Übergang in Blättern der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, zu deutsch Ackerschmalwand. Ein besonderer Fokus lag dabei auf der Analyse von TFs, welche eine wichtige Rolle in der frühen Blattentwicklung spielen. Sehr junge Blätter befinden sich im sogenannten Sink-Status, sie müssen Photoassimilate aus älteren, sogenannten Source-Blättern importieren, da sie selbst noch nicht in der Lage sind, hinreichend viel Kohlendioxid über die Photosynthese zu binden. Der Übergang vom Sink- in den Source-Zustand eines Blattes ist ein hoch komplizierter biologischer Prozess, der bisher nur in Ansätzen verstanden ist. Im Rahmen der Doktorarbeit wurden molekulare und physiologische Marker identifiziert, die es erlauben, den für das bloße Auge nicht ohne weiteres sichtbaren Sink-Source-Übergang zu erkennen. Dazu wurde beispielsweise die Aktivität bestimmter Gene, unter anderem der Gene AtSUC2 und AtCHoR, mittels molekularer Techniken verfolgt. Um den Über zwischen den beiden Entwicklungszuständen eingehend zu charakterisieren wurde die Aktivität von etwa 1900 Regulatorgenen mittels eines multiparallelen Verfahrens - der sogenannten quantitativen RT-PCR - untersucht. Bei den Regulatoren handelt es sich um Transkriptionsfaktoren, die die Aktivität anderer Gene der Pflanzen steuern. Von allen untersuchten Genen zeigten 153 ein vom Blattstadium abhängiges Aktivitätsmuster. Dabei waren Mitglieder der GRF, MYB und SRS Familien überrepräsentiert. Für die gefundenen Transkriptionsfaktoren zeigte sich besonders häufig eine Assoziation zu Prozessen wie Spezialisierung von Zellen, Entwicklung der Epidermis sowie der Blattentwicklung. Zwei ausgewählte Regulatorproteine - bZIP21 und bHLH64 - wurden detaillierter charakterisiert. Das bZIP21-Gen zeigte eine starke Aktivität whrend des Sink-Source-Übergangs. Sein Expressionsmuster in Blättern deckt sich mit dem für AtCHoR beobachteten Expressionsmuster, so dass bZIP21 als ein neuer Marker für die Sink-Source- Transition dienen kann. Es konnten keine homozygoten Null-Mutanten des Gens erhalten werden, was die Vermutung nahelegt, dass gänzliche Abwesenheit von bZIP21 letal fr die Pflanze sein kann. Phylogenetische Analysen ergaben, dass bZIP21 ortholog zum Gen Liguleless2 aus Mais ist. In diesen Analysen konnte gezeigt werden, dass alle pflanzlichen bZIP Transkriptionsfaktoren von vier Gründergenen abstammen und alle bZIPs der Angiospermen in 13 homologe Klassen und 34 mögliche orthologe Klassen (Possible Groups of Orthologues, PoGOs) eingeordnet werden können. Das bHLH64 Gen ist im unreifen Blatt stark aktiv und während des Alterungsprozesses herunterreguliert. Null-Mutationen von bHLH64 zeigen eine verzögerte Blütenbildung im Vergleich zum Wildtyp; dies weist auf eine mögliche Verzögerung in des Sink-SourceÜbergangs oder Aufrechterhaltung der jugendlichen Identität hin. Ein dritter Transkriptionsfaktor, Dof4, wurde ebenfalls charakterisiert. Dof4 wird weder während des Sink-Source-Übergangs noch während des Alterungsprozesses unterschiedlich exprimiert. Eine Null-Mutante von Dof4 besaß größere Blätter und eine höhere Anzahl an Schoten in Vergleich zum Wildtyp. Diese Mutanten erwiesen sich als gut geeignet fr die Analyse der Akkumulation pflanzlicher Biomasse. Obwohl während der Sink-Source Transition nicht überrepräsentiert, scheinen NAC Transkriptionsfaktoren eine große Rolle während des Alterungsprozesses zu spielen. Zweiundzwanzig NAC-Gene von Arabidopsis und 44 von Reis sind in der späten Phase der Blattentwicklung verändert exprimiert. Phylogenetische Analysen erlaubten die Einordnung der meisten dieser NACs in vier homologe Gruppen, was auf einen funktionellen Erhalt zwischen einkeimblättrigen und zweikeimblättrigen Pflanzen hinweist. Um den funktionellen Erhalt von Orthologen zu untersuchen, wurde die Expression von zehn NAC-Genen aus Gerste analysiert. Acht dieser Gene zeigten eine von der Blattalterung abhängige Expression. Die Kombination von evolutionären Analysen und funktionellen Studien könnte den Wissenstransfer von Modellpflanzen auf Getreidepflanzen in Zukunft vereinfachen.
KW  - Evolution
KW  - Transkriptionsfaktoren
KW  - Pflanzen
KW  - Entwicklung
KW  - Blatt
KW  - evolution
KW  - transcription factors
KW  - plant
KW  - development
KW  - leaf
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40038
ER  - 
TY  - THES
A1  - Winck, Flavia Vischi
T1  - Nuclear proteomics and transcription factor profiling in Chlamydomonas reinhardtii
T1  - Nukleare Proteomics und Transkriptionsfaktoren : Profiling in Chlamydomonas reinhardtii
N2  - The transcriptional regulation of the cellular mechanisms involves many different components and different levels of control which together contribute to fine tune the response of cells to different environmental stimuli. In some responses, diverse signaling pathways can be controlled simultaneously. One of the most important cellular processes that seem to possess multiple levels of regulation is photosynthesis. A model organism for studying photosynthesis-related processes is the unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii, due to advantages related to culturing, genetic manipulation and availability of genome sequence. In the present study, we were interested in understanding the regulatory mechanisms underlying photosynthesis-related processes. To achieve this goal different molecular approaches were followed. In order to indentify protein transcriptional regulators we optimized a method for isolation of nuclei and performed nuclear proteome analysis using shotgun proteomics. This analysis permitted us to improve the genome annotation previously published and to discover conserved and enriched protein motifs among the nuclear proteins. In another approach, a quantitative RT-PCR platform was established for the analysis of gene expression of predicted transcription factor (TF) and other transcriptional regulator (TR) coding genes by transcript profiling. The gene expression profiles for more than one hundred genes were monitored in time series experiments under conditions of changes in light intensity (200 µE m-2 s-1 to 700 µE m-2 s-1), and changes in concentration of carbon dioxide (5% CO2 to 0.04% CO2). The results indicate that many TF and TR genes are regulated in both environmental conditions and groups of co-regulated genes were found. Our findings also suggest that some genes can be common intermediates of light and carbon responsive regulatory pathways. These approaches together gave us new insights about the regulation of photosynthesis and revealed new candidate regulatory genes, helping to decipher the gene regulatory networks in Chlamydomonas. Further experimental studies are necessary to clarify the function of the candidate regulatory genes and to elucidate how cells coordinately regulate the assimilation of carbon and light responses.
N2  - Pflanzen nutzen das Sonnenlicht um Substanzen, sogenannte Kohlenhydrate, zu synthetisieren. Diese können anschließend als Energielieferant für das eigene Wachstum genutzt werden. Der aufbauende Prozess wird als Photosynthese bezeichnet. Ein wichtiges Anliegen ist deshalb zu verstehen, wie Pflanzen äußere Einflüsse wahrnehmen und die Photosynthese dementsprechend regulieren. Ihre Zellen tragen diese Informationen in den Genen. Die Pflanzen nutzen aber in der Regel nicht alle ihre Gene gleichzeitig, die sie zur Anpassung an Umwelteinflüsse besitzen. Zu meist wird nur eine Teilfraktion der gesamten Information benötigt. Wir wollten der Frage nachgehen, welche Gene die Zellen für welche Situation regulieren. Im Zellkern gibt es Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, die spezifische Gene finden können und deren Transkription modulieren. Wenn ein Gen gebraucht wird, wird seine Information in andere Moleküle übersetzt (transkribiert), sogenannte Transkripte. Die Information dieser Transkripte wird benutzt um Proteine, Makromoleküle aus Aminsäuren, zu synthetisieren. Aus der Transkription eines Gens kann eine große Zahl des Transkripts entstehen. Es ist wahrscheinlich, dass ein Gen, dass gerade gebraucht wird, mehr Transkriptmoleküle hat als andere Gene. Da die Transkriptionsfaktoren mit der Transkription der Gene interferieren können, entwickelten wir in der vorliegenden Arbeit Strategien zur Identifikation dieser im Zellkern zu findenden Proteine mittels eines „Proteomics“-Ansatzes. Wir entwickelten weiterhin eine Strategie zur Identififikation von Transkripten Transkriptionsfaktor-codierender Gene in der Zelle und in welche Menge sie vorkommen. Dieser Ansatz wird als „Transcript-Profiling“ bezeichnet. Wir fanden Zellkern-lokalisierte Proteine, die als Signalmoleküle funktionieren könnten und Transkripte, die bei unterschiedlichen Umweltbedingungen in der Zelle vorhanden waren. Wir benutzten, die oben genannten Ansätze um die einzellige Grünalge Chlamydomonas zu untersuchen. Die Informationen, die wir erhielten, halfen zu verstehen welche Transkriptionsfaktoren notwendig sind, damit Chlamydomonas bei unterschiedlichen Umweltbedingungen, wie z.B. unterschiedliche Lichtintensitäten und unterschiedlicher Konzentration von Kohlenstoffdioxid, überlebt.
KW  - Proteomics
KW  - Transkriptionsfaktoren
KW  - Pflanzen
KW  - Chlamydomonas
KW  - Transcriptomics
KW  - Proteomics
KW  - Transcription factors
KW  - Plants
KW  - Chlamydomonas
KW  - Transcriptomics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53909
ER  - 
TY  - THES
A1  - Siemiatkowska, Beata
T1  - Redox signalling in plants
N2  - Once proteins are synthesized, they can additionally be modified by post-translational modifications (PTMs). Proteins containing reactive cysteine thiols, stabilized in their deprotonated form due to their local environment as thiolates (RS-), serve as redox sensors by undergoing a multitude of oxidative PTMs (Ox-PTMs). Ox-PTMs such as S-nitrosylation or formation of inter- or intra-disulfide bridges induce functional changes in these proteins. Proteins containing cysteines, whose thiol oxidation state regulates their functions, belong to the so-called redoxome. Such Ox-PTMs are controlled by site-specific cellular events that play a crucial role in protein regulation, affecting enzyme catalytic sites, ligand binding affinity, protein-protein interactions or protein stability. Reversible protein thiol oxidation is an essential regulatory mechanism of photosynthesis, metabolism, and gene expression in all photosynthetic organisms. Therefore, studying PTMs will remain crucial for understanding plant adaptation to external stimuli like fluctuating light conditions. Optimizing methods suitable for studying plants Ox-PTMs is of high importance for elucidation of the redoxome in plants. This study focusses on thiol modifications occurring in plant and provides novel insight into in vivo redoxome of Arabidopsis thaliana in response to light vs. dark. This was achieved by utilizing a resin-assisted thiol enrichment approach. Furthermore, confirmation of candidates on the single protein level was carried out by a differential labelling approach. The thiols and disulfides were differentially labelled, and the protein levels were detected using immunoblot analysis. Further analysis was focused on light-reduced proteins. By the enrichment approach many well studied redox-regulated proteins were identified. Amongst those were fructose 1,6-bisphosphatase (FBPase) and sedoheptulose-1,7-bisphosphatase (SBPase) which have previously been described as thioredoxin system targeted enzymes. The redox regulated proteins identified in the current study were compared to several published, independent results showing redox regulated proteins in Arabidopsis leaves, root, mitochondria and specifically S-nitrosylated proteins. These proteins were excluded as potential new candidates but remain as a proof-of-concept to the enrichment experiments to be effective. Additionally, CSP41A and CSP41B proteins, which emerged from this study as potential targets of redox-regulation, were analyzed by Ribo-Seq. The active translatome study of csp41a mutant vs. wild-type showed most of the significant changes at end of the night, similarly as csp41b. Yet, in both mutants only several chloroplast-encoded genes were altered. Further studies of CSP41A and CSP41B proteins are needed to reveal their functions and elucidate the role of redox regulation of these proteins.
N2  - Wenn Proteine synthetisiert sind, können sie zusätzlich noch post-translationelle Modifikationen (PTM) aufweisen. Proteine, die wegen ihres lokalen Umfeldes reaktive Cysteinthiole in ihrer stabilen deprotonierten Thiolat-Form aufweisen, dienen als Redoxsensoren indem sie eine Vielzahl von oxidativen PTMs (Ox-PTMs) enthalten können.  Ox-PTMs wie die S-Nitrosylierung oder die Bildung von Inter- oder Intradisulfidbrücken induzieren funktionelle Veränderungen in diesen Proteinen. Cystein-haltige Proteine, deren Funktion durch diese Thioloxidierung gesteuert werden, gehören zu dem so genannten Redoxom. Die Ox-PTMs werden durch ortsspezifische zelluläre Prozesse gesteuert, die eine essentielle Rolle bei der Proteinregulation spielen und welche das katalytische Zentrum, die Ligandenbindungsaffinität, Protein-Protein-Interaktionen oder die Proteinstabilität beeinflussen können. Die umkehrbare Proteinthioloxidierung ist ein essentieller regulatorischer Mechanismus in der Photosynthese, dem Metabolismus und der Genexpression photosynthetischer Organismen. Es ist demnach wichtig PTMs zu untersuchen, um zu verstehen wie sich Pflanzen an externe Stimuli wie das Licht anpassen können. Es ist von großer Bedeutung für das Redoxom-Forschungsgebiet Methoden zur Untersuchung von pflanzlichen Ox-PTMs zu verbessern. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf Thiolveränderungen, die in Pflanzen auftreten, und gibt einen Einblick in das in vivo Redoxom von Arabidopsis thaliana als Reaktion auf Licht oder Dunkelheit. Dieses wurde ermöglicht durch eine auf Harz-basierende Thiol-Anreicherung. Darüber hinaus konnten Kandidaten auf dem Einzelproteinlevel durch eine Differentialmarkierungsmethode bestätigt werden. Thiole und Disulfide wurden unterschiedlich markiert und die Proteine durch spezifische Antikörper mittels Proteinblotanalyse erkannt. Weitere Analysen fokussierten sich auf im Licht reduzierte Proteine. Durch die Anreicherungsmethode konnten viele bereits untersuchte redox-regulierte Proteine identifiziert werden. Unter diesen waren unter anderem die Fruktose-1,6-Bisphosphatase (FBPase) sowie die Seduheptulose-1,7-Bisphosphatase (SBPase), welche als Thioredoxin-gesteuerte Enzyme beschrieben sind.  Die redox-regulierten Proteine, die in dieser Studie identifiziert werden konnten, wurden mit veröffentlichten unabhängigen Ergebnissen verglichen und dieses führte zu einer Vielzahl an redox-regulierten Proteinen in Arabidopsisblättern, -Wurzeln und -Mitochondrien sowie S-nitrosylierten Proteinen. Diese Proteine wurden zwar als neue potentielle Kandidaten ausgeschlossen, zeigten allerdings die Effektivität der Anreicherungsmethode. Darüber hinaus wurden die Proteine CSP41 A and CSP41 B, welche in dieser Studie als potentielle Ziele der Redox-Regulation identifiziert wurden, durch Ribo-seq analysiert.
T2  - Redoxsignalisierung in Pflanzen
KW  - redox
KW  - signalling
KW  - plants
KW  - enrichments methods
KW  - post-translational modifications
KW  - oxidative protein modifications
KW  - Redox
KW  - Signalübertragung
KW  - Pflanzen
KW  - Anreicherungsmethoden
KW  - posttranslationale Modifikationen
KW  - oxidative Proteinmodifikationen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-489119
ER  -