Receptor-mediated cell-cell communication and the regulation of organ size in plants: functional analysis of signaling mediated by the lecine-rich repeat receptor-like kinase SRF4 in Arabidopsis thaliana
Final Report Abstract
Damit ein Organ sich zu seiner normalen Größe entwickeln kann müssen die Zellen des Organs miteinander kommunizieren. Über die entsprechenden Mechanismen ist bei Pflanzen wenig bekannt. Frühere genetische Arbeiten unserer Arbeitsgruppe deuteten darauf hin, dass das leucin-reiche Rezeptorkinase-Gen STRUBBELIG-RECEPTOR FAMILY 4 (SRF4) die Blattgröße in Arabidopsis positiv reguliert und daher in der Kontrolle der Organgröße eine wichtige Rolle spielt. Mit diesem Projekt sollte die SRF4-abhängige Signalkette untersucht und unser Verständnis der Mechanismen der Größenregulation bei Pflanzenorganen vertieft werden. In einem ersten Schritt konnten unsere früheren genetischen Untersuchungen teilweise bestätigt werden. Allerdings zeigte sich bei der weiteren Analyse, dass die Phänotypen von Pflanzen mit veränderter SRF4-Aktivität instabil und relativ schwach waren und zusätzlich noch sehr stark von nicht klar identifizierbaren Umweltbedingungen abhingen. Dieser Befund stellte eine große Behinderung für die weiteren Untersuchungen dar. Allerdings scheint es doch so zu sein, dass SRF4 einen schwachen Einfluss auf die Blattgröße hat, der möglicherweise durch eine Beeinflussung der Zellexpansion zustande kommt. Es konnte auch gezeigt werden, dass SRF4 ein breites Genexpressionsmuster aufweist und dass das SRF4-Protein an der Plasmamembran vorkommt. Mittels eines „yeast two-hybrid“-Ansatzes (Y2H) konnte in früheren Arbeiten mit der zytosolischen HYDROXY PYRUVATE REDUCTASE (HPR2)/DAEUMLING (DLG) und dem WD-40/RIC1-Domänen-Protein WINZLING (WIZ) zwei mögliche direkte Interaktoren von SRF4 identifiziert werden. In diesem Projekt wurden beide Kandidaten weiter untersucht. Die Beobachtung, dass HPR2 eventuell mit SRF4 interagiert, erlaubte die Spekulation, dass die Blattgrößenregulation von SRF4 möglicherweise über eine Beeinflussung der Photorespiration zustande kommt. Allerdings war der srf4-Phänotyp unabhängig von verschiedenen getesteten CO2-Mengen in der Luft. Pflanzen mit veränderter HPR2-Aktivität zeigten verwandte Phänotypen zu verschiedenen srf4-Mutanten und wir konnten Evidenz erzeugen, dass HPR2 im Zytosol vorliegt und mit SRF4 in vitro physisch interagieren kann. Allerdings konnte diese Interaktion bis jetzt nicht in vivo bestätigt werden. Des Weiteren ergab die Analyse der genetischen Interaktionen zwischen SRF4 und HPR2/DLG keine eindeutigen Resultate bezüglich der These, dass HPR2 ein Faktor in der SRF4-Signaltransduktion ist. Unsere weiteren Experimente konnten zeigen, dass die Expressionsmuster von WIZ und SRF4 überlappen und daher prinzipiell eine Funktion von WIZ in der SRF4-Signalkette möglich sein könnte. Eine Verlustmutante von WIZ zeigte kleinere Blätter mit reduzierter Chlorophyllmenge während Pflanzen mit überexprimiertem WIZ Blätter mit erhöhter Chlorophyllmenge aufwiesen, allerdings waren diese Blätter ebenfalls kleinwüchsig. Diese Befunde deuten auf eine komplexe Wirkung von WIZ auf die Blattgröße hin. Die weiteren Untersuchungen zu den genetischen Interaktionen zwischen SRF4, HPR2/DLG und WIZ ergaben ebenfalls keine eindeutigen Befunde. Es muss daher im Augenblick offen bleiben, ob HPR2 und WIZ Komponenten der SRF4-Signalkette darstellen.
