Charakterisierung von ZmAUX2 als Auxin-induzierter, potentieller Transkriptionsfaktor aus Zea mays und seine Beteiligung beim Streckungswachstum

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	4 May 2003
Referee:	Ludwig Prof. Dr. Lehle
Date of exam:	16 April 2002
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenphysiologie (Prof. Dr. Klaus Grasser)
Keywords:	Auxine , Mais , Pflanzenhormon , Koleoptile , Geotropismus , Streckungswachstum , Elongation , SAUR , elongation , auxin , coleoptile , maize , SAUR
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10086

Abstract (German)

Das Phytohormon Auxin spielt eine zentrale Rolle in Wachstum und Entwicklung der Pflanze. Zumindest einige der Auxin-regulierten Vorgänge werden über eine Genaktivierung kontrolliert. Die Auxin-induzierten SAUR-Gene (Small Auxin-Up RNA) sind seit nunmehr 20 Jahren bekannt; ihre Genprodukte konnten bisher aber nicht in vivo nachgewiesen werden und ihre Funktion ist weitgehend unbekannt. In ...

Abstract (German)

Das Phytohormon Auxin spielt eine zentrale Rolle in Wachstum und Entwicklung der Pflanze. Zumindest einige der Auxin-regulierten Vorgänge werden über eine Genaktivierung kontrolliert. Die Auxin-induzierten SAUR-Gene (Small Auxin-Up RNA) sind seit nunmehr 20 Jahren bekannt; ihre Genprodukte konnten bisher aber nicht in vivo nachgewiesen werden und ihre Funktion ist weitgehend unbekannt.
In unserer Arbeitsgruppe war es gelungen, ein in Maiskoleoptilsegmenten durch Auxin induzierbares, der SAUR-Genfamilie verwandtes Gen, ZmAUX2, zu klonieren. Die Transkription des ZmAUX2-Gens wird ausschließlich durch Auxin induziert, nicht jedoch durch Kinetin, Abscisinsäure, Gibberellinsäure, Ethylen, Methyljasmonsäure oder Brassinolid.
ZmAUX2-Transkripte konnten in Koleoptile und Mesokotyl lokalisiert werden, nicht aber in Blatt oder Wurzel.
In transgenen Arabidopsis- und Tabak-Pflanzen konnte eine durch den ZmAUX2-Promotor gesteuerte GUS-Aktivität vor allem in elongierenden Bereichen des Hypokotyls, des Epikotyls sowie der Blattstiele detektiert werden. Während einer Krümmungsbewegung (beim Öffnens des Hypokotylhakens oder nach gravitroper bzw. phototroper Stimulation) wurde jeweils auf der stärker elongierenden Flanke eine höhere GUS-Aktivität nachgewiesen.
Durch 'pulse chase'-Experimente und anschließender Immunpräzipitation konnte das ZmAUX2-Genprodukt in vivo nachgewiesen werden. Die für ZmAUX2 ermittelte Halbwertszeit betrug 7 min.
In Zwiebelepidermiszellen wurde ein ZmAUX2-GUS-Fusionsprotein vor allem im Kern detektiert. Es könnte sich bei ZmAUX2 also um einen Transkriptionsfaktor handeln.
Wie ZmSAUR1 bindet auch ZmAUX2 Calmodulin. Möglicherweise kann dadurch die Funktion des ZmAUX2 über verschiedene Signalwege reguliert werden.
Erste konkreten Hinweise auf die Funktion eines SAUR-verwandten Gens konnten durch Transposon-mutagenisierte Maispflanzen erhalten werden, deren ZmAUX2-Gen disruptiert war. Solche Pflanzen zeichneten sich u. a. durch Zwergwüchsigkeit aus.

Translation of the abstract (English)

The plant hormone auxin is central to the control of plant growth and development. At least some auxin responses are regulated via gene activation. The maize coleoptile is a well-characterized model to study auxin induced elongation growth. We could clone a SAUR related gene, designated ZmAUX2, which is strongly induced in elongating coleoptiles by auxin. SAUR genes (Small Auxin-Up RNA) are ...

Translation of the abstract (English)

The plant hormone auxin is central to the control of plant growth and development. At least some auxin responses are regulated via gene activation.
The maize coleoptile is a well-characterized model to study auxin induced elongation growth. We could clone a SAUR related gene, designated ZmAUX2, which is strongly induced in elongating coleoptiles by auxin. SAUR genes (Small Auxin-Up RNA) are already known for 20 years, but their function still remains unclear, and their gene products could not detected in vivo.
ZmAUX2 induction occures within 10 min exclusively by auxin, not by kinetin, abscisic acid, gibberellic acid, ethylene, methyl jasmonate or brassinolide. ZmAUX2 transcripts could be detected in maize coleoptiles and mesocotyls, but not in roots or leaves. Transcript amounts correlated well with the elongation rates.
By expression of a ZmAUX2 promotor::GUS fusion in transgenic tobacco and Arabidopsis we could show a tissue specific expression in the elongating zone of hypocotyl, petioles and stem tissue. In unilaterally growing reactions , such as phototropic and geotropic bending, or opening of the hypocotyl hook, staining was preferential on the side of increased elongation.
The ZmAUX2 gene product could be detected in pulse chase and immunoprecipitation experiments, and the t½ was determined to be 7 min.
In onion epidermal cells a ZmAUX2::GUS fusion protein is directed into the nucleus, indicating a possible role of ZmAUX2 as a transcription regulator.
ZmAUX2 was found to bindcalmodulin, that may serve as an additional regulation element.
The data success ZmAUX2 is an important transcription factor involved in coleoptile and stem elongation, mediated by auxin and calcium.
Maize mutants, bearing a transposon disrupted ZmAUX2 gene, showed a reduced elongation growth, resulting in dwarfism. This indicates a role of ZmAUX2 in elongation.

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