SciDok

Eingang zum Volltext in SciDok

Lizenz

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-10720
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2007/1072/


Functional characterization of the basic helix-loop-helix transcription factor LeFER essential for upregulation of iron responses in tomato roots

Funktionelle Charakterisierung des für die Up-Regulation der Eisenantworten in Tomatenwurzeln essentiellen basischen Helix-Loop-Helix-Transkriptionsfaktors LeFER

Brumbarova, Tzvetina Krassimirova

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (5.131 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
SWD-Schlagwörter: Pflanzen , Tomate , Eisen , Genregulation , Transkriptionsfaktor , Helix-loop-Helix , Proteomanalyse
Freie Schlagwörter (Deutsch): Lycopersicon esculentum
Freie Schlagwörter (Englisch): plants , iron , gene regulation , transcription factor , proteomics
Institut: Fachrichtung 8.3 - Biowissenschaften
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Bauer, Petra (Jun.-Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.02.2007
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 19.03.2007
Kurzfassung auf Englisch: Iron (Fe) deficiency in humans is the most prevalent nutritional disorder in the world. Since plants serve as the primary source of dietary Fe, improving the Fe content of crops represents an important step towards a better public health. Tomato responds to low Fe availability by an enhanced proton extrusion from the root and upregulation of the genes encoding FeIII-chelate reductase (LeFRO1) and FeII transporter (LeIRT1). As a result, more Fe is rendered soluble and thus accessible for the plant. Previously, we identified the tomato gene LeFER as one of the major regulators of Fe uptake in the root under Fe-deficiency conditions. LeFER encodes a bHLH transcription factor that is responsible for the induction of Fe-mobilization genes. The aim of the presented work was to study upstream regulatory events of LeFER action, and the effects of LeFER function on the network of metabolic pathways in the cell under Fe-deficiency conditions. First, we examined the control of LeFER gene and LeFER protein expression in response to Fe-nutritional status in wild type, mutant plants with defects in Fe-uptake regulation, and 35S transgenic plants overexpressing LeFER. Both LeFER gene and LeFER protein were found consistently downregulated in roots after generous (100 µM, physiologically optimal) compared to low (0.1 µM) and sufficient (10 µM) Fe supply, and occasionally downregulated at sufficient compared to low Fe supply. Second, downregulation of LeFER by high Fe was found additionally controlled at posttranscriptional level. LeFER showed nuclear localisation and transcriptional activation in yeast. Third, LeFER protein regulation in the Fe-accumulation mutant chloronerva indicated that LeFER protein expression was not directly controlled by signals derived from Fe transport. Thus, we concluded that LeFER is able to affect transcription in the nucleus and its action is controlled by Fe supply at multiple regulatory levels. Fourth, we investigated the changes in the tomato root proteome when different plant genotypes were grown under different Fe-supply conditions (as indicated above). Using proteomics tools, differentially expressed proteins have been identified — dependent and independent on LeFER protein expression. Our data show major changes in the proteome as a result of exposure to low Fe in the medium, affecting an array of metabolic pathways ultimately involved in, among others, energy balance, stress response, and phytohormone signaling.
Kurzfassung auf Deutsch: Eisenmangel ist die häufigste Ernährungskrankheit von Menschen. Da Pflanzen die primäre Quelle von Eisen (Fe) in unserer Ernährung sind, sind Kulturpflanzen mit verbessertem Eisengehalt ein wichtiger Schritt in Richtung einer besseren Gesundheit der Bevölkerung. Tomatenpflanzen reagieren auf niedrige Eisenverfügbarkeit mit Erhöhung der FeII Konzentration in der Wurzelumgebung aufgrund der erhöhten Protonenausscheidung und der Induktion der FeIII-Chelatreduktase (LeFRO1) und des FeII Transporters (LeIRT1). Infolgedessen wird mehr Fe lösbar gemacht und steht der Pflanze zur Verfügung. Vorangegangene Arbeiten der Arbeitsgruppe haben LeFER als hauptsächliches Regulatorgen identifziert, welches die Eisenaufnahme in Wurzeln bei Eisenmangel kontrolliert. LeFER kodiert für einen Transkriptionsfaktor der basischen Helix-Loop-Helix Familie, welcher für die Induktion von Eisenmangelantworten verantwortlich ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, oberhalb liegende Regulationsmechanismen von LeFER näher zu untersuchen, und die Auswirkungen der LeFER Funktion auf das Netzwerk von metabolischen Wegen in der Zelle unter Eisenmangel zu untersuchen. Zuerst untersuchten wir die Kontrolle der Expression des LeFER Gens und LeFER Proteins als Antwort auf den Eisenhaushalt in Wildtyp, Mutanten mit Defekten der Eisenaufnahmeregulation, und in 35S transgenen Pflanzen, welche LeFER überexprimieren. LeFER mRNA und LeFER Protein waren herunterreguliert in Wurzeln, die großzügig mit Fe versorgt waren (100 µM, physiologisch optimal) verglichen mit Wurzeln, die normal oder unterversorgt waren mit Fe (10 µM, 0.1 µM). Gelegentlich war eine niedrige Expression auch bei normaler Eisenversorgung zu sehen. Zweitens, wir haben gefunden, dass LeFER zusätzlich auf posttranskriptioneller Ebene herunterreguliert war durch viel Fe. LeFER zeigte Zellkernlokalisation und transkriptionelle Aktivierung in Hefe. Drittens, die LeFER Proteinregulation in der Eisenakkumulationsmutante chloronerva zeigte, dass LeFER Proteinexpression nicht direkt durch Signale des Eisentransports reguliert war. Wir schlussfolgerten, dass LeFER die Transkription im Zellkern beeinflusst, und seine Aktivität durch die Eisenversorgung auf verschiedenen Ebenen reguliert wird. Viertens, wir untersuchten Veränderungen im Tomate Wurzelproteom, wenn Pflanzen mit unterschiedlichen Genotypen verschiedenen Eisenbedingungen ausgesetzt waren. Mit Proteomics Werkzeugen haben wir Proteine identifiziert, welche abhängig oder unabhängig von LeFER differentiell durch Fe exprimiert waren. Unsere Daten zeigten, dass große Veränderungen im Wurzelproteom als Antwort auf Eisenmangel auftreten, welche eine Reihe von metabolischen Wegen beeinflussten, die mit Energieversorgung, Stressantworten und Phytohormonsignalwegen in Verbindung stehen.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen der Fakultät 8

Home | Impressum | Über SciDok | Policy | Kontakt | Datenschutzerklärung | English