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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-76072
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7607/


Pinosa, Francesco

Analysis of PIN2 polarity regulation and Mob1 function in Arabidopsis root development

Analyse der Regulierung von PIN2 Polarität und der Funktion von Mob1 in der Wurzelentwicklung von Arabidopsis

Dokument1.pdf (7.239 KB) (md5sum: 2c9aaa1e070821df9f9501d0f93fabe9)

Kurzfassung in Englisch

The plant hormone auxin plays an essential role in root growth and development. PIN proteins, auxin efflux facilitators, are polarly localised at the plasma membrane (PM) and direct auxin flow. Local auxin levels are thus established and coordinate cell division and differentiation. Through the regulatory activity of cell cycle components, such as MOB proteins, a highly organised root structure is finally generated.
In the first part of this study, the mechanisms regulating the establishment and maintenance of AtPIN2 polarity in root cells were investigated. It was shown for the first time that PIN2 clustered in discrete PM domains which were stable over time as well as upon perturbations of the cytoskeleton or the PM lipid composition. PIN2 domains remained associated with the cell wall (CW) after plasmolysis of epidermal cells. These observations suggested a possible PIN2-CW interaction which might prevent the free lateral diffusion of the protein and assist the mechanism of PIN2 polarity maintenance. Chemical inhibition of sphingolipid biosynthesis impaired the correct establishment of PIN2 polarity after cytokinesis by reducing the rate of endocytosis. The use of auxin reporters revealed that the defects in PIN2 polarity affected root growth and gravity response by altering the local auxin levels both prior to and after gravistimulation. Thus, the sphingolipid composition of the PM proved to be essential in the establishment of PIN polarity and root development.
In the second part of this thesis, the role of AtMOB1 genes in root and plant development was studied. MOB1 proteins are cell cycle regulators conserved among eukaryotes and acting at mitotic exit and cytokinesis. Arabidopsis MOB1 proteins exhibited a nuclear localisation regulated throughout the progression of mitosis and cytokinesis, supporting the hypothesis that they are involved in cell division control. A loss of function mutant for MOB1A displayed defects in root growth and root meristem organisation, in particular for the cell files surrounding the quiescent centre. In addition, normal plant growth and reproduction were impaired. The majority of these defects were confirmed by the analysis of independently generated RNAi lines. The root phenotype of MOB1A knock out and RNAi transformants underlined the importance of cell division regulation for proper tissue patterning.
The results reported in this thesis provide new insights into the mechanism of PIN polarity regulation and the function of MOB1 genes and highlight the relevance of both factors for root development.


Kurzfassung in Deutsch

Das Phytohormon Auxin übernimmt bei dem Wachstum und der Entwicklung von Wurzeln eine essentielle Aufgabe. PIN Proteine sind Auxin Efflux Transporter, wel-che polar in der Plasmamembran lokalisiert sind und somit den Auxin Export führen.
Lokale Auxin Konzentrationen werden so eingestellt und koordinieren Zellteilung und Differenzierung. Durch die regulatorische Aktivität von Zellzykluskomponenten, wie MOB Proteine, wird eine hoch organisierte Wurzelstruktur erzeugt.
Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird der Mechanismus aufgezeigt, durch des-sen Regulierung das polare Lokalisationsmuster von AtPIN2 in Wurzelzellen ent-steht. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass sich PIN2 Proteine innerhalb der Plasmamembran zu diskreten Clustern, zu PM-Domänen, zusammenlagern. Diese Cluster zeigen sich auch nach Veränderung der Zytoskelett oder die PM Lipidzusam-mensetzung stabil. Es konnte gezeigt werden, dass PIN2 Domänen nach Plasmolyse von Epidermiszellen assoziiert mit der Zellwand bleiben. Diese Befunde lassen eine Interaktion von PIN2 mit der Zellwand vermuten, welche ihr freies laterales Diffun-dieren verhindert und die stabile Polarität von PIN2 ermöglicht. Die Chemische Hemmung der Sphingolipid Biosynthese beeinträchtigt die polare
Anordnung von PIN2 nach Zellteilung durch eine Verringerung der Endozytoserate. Die Verwendung von Auxin-Reportern zeigt, dass die unzureichende PIN2 Polarität sowohl Wurzelwachstum wie auch die Gravitrope Reaktion durch Veränderung der lokalen Auxin Konzentration sowohl vor als auch nach Gravistimulation beeinflussen. Die Sphingolipidzusammensetzung der Plasmamenbran ist demzufolge ausschlagge-bend für die polare Anordnung der PIN2 Protein innerhalb der Membran, wie auch für die Wurzelentwicklung.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle des AtMOB1 Gens in Wurzel- und Pflanzenentwicklung untersucht. Mob1 Proteine sind konservierte eukaryotische Zellzyklus-Regulatoren. Sie sind post mitotisch innerhalb der Zytokinese aktiv. MOB1 Proteine zeigen eine nukleare Lokalisierung, die während der Progression der Mitose und Zytokinese reguliert wird, was die Hypothese unterstützt, dass sie an der Steue-rung der Zellteilung beteiligt sind. Eine MOB1 „Knock-out“ Mutante zeigt Mängel im Wurzelwachstum und der Organisation von Wurzelmeristem, insbesondere für die Zelllinie, welche das ruhende Zentrum umgibt. Darüber hinaus wurde normales Wachstum der Pflanzen sowie die Reproduktion beeinträchtigt. Die Mehrzahl dieser Mängel konnten durch die Analyse der unabhängig generierten RNAi-Linien bestätigt werden. Der Root-Phänotyp MOB1A der Knock-out-und RNAi- Transformanten un-terstrich die Bedeutung der Regulierung der Zellteilung für die ordnungsgemäße An-ordnung der Gewebe.
Die Ergebnisse, die in der vorliegenden Arbeit dargestellt werden, ermöglichen einen neuen Einblick in den Mechanismus der Regulierung von PIN2 sowie der Funktion von MOB1 Genen und verdeutlichen die Relevanz beider Faktoren für die Wurzel-entwicklung.


SWD-Schlagwörter: Indolylessigsäure <3-> , Polarität , Wurzel , Zellteilung , Entwicklung
Freie Schlagwörter (englisch): PIN polarity , auxin , cell division , root development
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Palme, Klaus (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.04.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 07.07.2010
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