Dürr, Julius
(2015)
The role of the transcription elongation factor SPT4-SPT5 in plant growth and development.
PhD, Universität Regensburg.
Date of publication of this fulltext: 16 Jan 2015 14:34
Abstract (English)
SPT4-SPT5 is a general transcription elongation factor that facilitates productive transcription by RNA polymerase II (RNAPII) in various organisms. It is a heterodimeric complex assembled of the small subunit SPT4 and the large subunit SPT5 (spt, suppressor of ty). SPT4-SPT5 is essential for processive elongation, which is carried out by assisting RNAPII in overcoming transcriptional barriers ...
Abstract (English)
SPT4-SPT5 is a general transcription elongation factor that facilitates productive transcription by RNA polymerase II (RNAPII) in various organisms. It is a heterodimeric complex assembled of the small subunit SPT4 and the large subunit SPT5 (spt, suppressor of ty). SPT4-SPT5 is essential for processive elongation, which is carried out by assisting RNAPII in overcoming transcriptional barriers like nucleosomes. SPT5 interacts directly with the largest subunit of RNAPII, Rbp1, and thereby stabilises the RNA-DNA hybrid inside the RNA polymerase which, is inevitable for productive elongation.
This work focuses on the characterisation of an SPT4-SPT5 complex in Arabidopsis thaliana. The two subunits SPT4 and SPT5 are encoded by two genes each: SPT4-1/2 and SPT5-1/2. A mutant affected in the tissue-specific expressed SPT5-1 is viable, whereas inactivation of the generally expressed SPT5-2 is embryonic lethal. Inducible knockdown of SPT5 expression leads to severe growth defects and a reduction of plant weight to about 40% of wild-type. Simultaneous down-regulation of both SPT4-1 and SPT4-2 by RNAi gives rise to severe growth and development defects caused by decreased cell proliferation. Additionally, these plants displayed auxin-related phenotypes, e. g. distorted gravitropism, reduced root growth, and impaired vein patterning. Consistently, genome-wide transcript profiling revealed that several auxin-related genes are down-regulated in the line SPT4-R3 compared with wild-type. Among those auxin-related genes, the Aux/IAA genes were further analysed, showing a down-regulation especially within the group of auxin-inducible Aux/IAAs. The reduction of Aux/IAA repressor levels leads to an enhanced auxin response in SPT4-RNAi plants.
Furthermore, this thesis provides evidence that SPT4-SPT5 forms a complex in Arabidopsis and interacts with the transcription elongation complex. Immunostaining revealed that SPT5 localises to the transcriptionally active euchromatin, and essentially co-localises with transcribing RNAPII phosphorylated at Ser2. Chromatin immunoprecipitation showed a SPT5 distribution over the entire transcription unit of RNAPII-transcribed genes. In SPT4-RNAi plants, elevated levels of RNAPII and SPT5 are detected within transcribed regions, indicating transcript elongation defects in these plants. Therefore, this study provides evidence that Arabidopsis SPT4-SPT5 is conserved in plants, acts as a transcription elongation factor, and has a critical role in auxin-related gene expression.
Translation of the abstract (German)
SPT4-SPT5 (spt, suppressor of ty) ist ein allgemeiner Transkriptionsfaktor, der eine produktive Transkription durch die RNA Polymerase II (RNAPII) in verschiedenen Organismen ermöglicht. SPT4-SPT5 ist ein heterodimerer Komplex, bestehend aus der kleinen Untereinheit SPT4 und der großen Untereinheit SPT5. SPT4-SPT5 ist essentiell für eine prozessive Elongation, welche dadurch ermöglicht wird, dass ...
Translation of the abstract (German)
SPT4-SPT5 (spt, suppressor of ty) ist ein allgemeiner Transkriptionsfaktor, der eine produktive Transkription durch die RNA Polymerase II (RNAPII) in verschiedenen Organismen ermöglicht. SPT4-SPT5 ist ein heterodimerer Komplex, bestehend aus der kleinen Untereinheit SPT4 und der großen Untereinheit SPT5. SPT4-SPT5 ist essentiell für eine prozessive Elongation, welche dadurch ermöglicht wird, dass SPT4-SPT5 der RNAPII assistiert transkriptionelle Hürden, wie Nukleosomen, zu überwinden. SPT5 interagiert direkt mit der größten Untereinheit der RNAPII, Rpb1 und stabilisiert dadurch den RNA-DNA Hybrid in der RNA Polymerase. Dies ist notwendig, um eine produktive Elongation zu ermöglichen.
Diese Arbeit setzt ihren Fokus auf die Charakterisierung eines möglichen SPT4-SPT5 Komplex in Arabidopsis thaliana. Die beiden Untereinheiten SPT4 und SPT5 werden von jeweils zwei Genen kodiert: SPT4-1/2 und SPT5-1/2. Eine Mutante bei der die Expression des gewebespezifisch exprimieren SPT5-1 beeinflusst ist, ist lebensfähig, wohingegen die Inaktivierung des allgemein exprimierten SPT5-2 embryonal letal ist. Ein induzierbarer Knockdown der SPT5 Expression führt zu schwerwiegenden Wachstumsdefekten und einer Gewichtsreduktion auf ungefähr 40% des Wildtyps. Ein herunterregulieren der Expression von SPT4-1 und SPT4-2, mittels RNAi, führt zu schweren Wachstums- und Entwicklungsdefekten, bedingt durch eine verminderte Zellproliferation. Zusätzlich zeigen diese Pflanzen auf Auxin zurück zu führende Phänotypen, z.B. eine gestörte Gravitropismusantwort, ein reduziertes Wurzelwachstum und ein verändertes Blattvenenmuster. Übereinstimmend mit diesen Phänotypen zeigte eine genomweite Transkriptanalyse, dass verschiedene Gene, die im Bezug zu Auxin stehen, in der Linie SPT4-R3, im Vergleich zum Wildtyp, herunterreguliert waren. Von diesen Genen wurden die Aux/IAA Gene weiter analysiert, diese Analyse zeigte im Besonderen eine Herunterregulierung der Expression der durch Auxin induzierbaren Aux/IAAs. Die Reduktion des Expressionslevels der Aux/IAA Repressoren führte zu einer erhöhten Auxin Antwort in den SPT4-RNAi Pflanzen.
Diese Arbeit gibt außerdem Hinweise, das SPT4 und SPT5 in Arabidopsis einen Komplex bilden und mit den Transkriptionselongationskomplex interagieren. Mittels Immunfärbung konnte gezeigt werden, dass SPT5 mit transkriptionell aktiven Euchromatin und in erster Linie mit der RNAPII, phosphoryliert am Ser2, kolokalisiert. Chromatin-Immunpräzipitation Experimente zeigten eine SPT5-Verteilung über den gesamten transkribierten Bereich von Genen, die durch die RNAPII transkribiert werden. In SPT4-RNAi Pflanzen wurden außerdem erhöhte Level der RNAPII und von SPT5 in transkribieren Regionen nachgewiesen, was auf einen Defekt der Transkriptionselongation in diesen Pflanzen hinweist.
Diese Studie gibt Hinweise, dass SPT4-SPT5 auch in Pflanzen konserviert ist, in Arabidopsis als Transkriptionsfaktor fungiert und eine kritische Rolle bei der Expression von Genen, die im Bezug zu Auxin stehen, hat.
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