Perturbation of auxin homeostasis and signaling by overexpression of PINOID in Arabidopsis thaliana: a leaf growth and stress response study

Datum: 7 september 2016

Locatie: UAntwerpen, Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 14 uur

Promovendus: Kumud Saini

Promotor: Kris Vissenberg

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Kumud Saini - Faculteit Wetenschappen, Departement Biologie



Abstract

De correcte werking van het plantenhormoon auxine is essentieel voor embryonale en post-embryonale ontwikkeling van planten, inclusief de modelplant Arabidopsis thaliana. Elke wijziging aan de auxine homeostase leidt snel tot een grote verscheidenheid aan groei- en ontwikkelingsdefecten. Om onze kennis van auxine-gereguleerde bladgroei uit te breiden, werden verschillende mutanten van PINOID (PID) gebruikt. Het is bekend dat de werking van het serine-threonine kinase PID, behorend tot de AGC kinase familie, de subcellulaire distributie van PIN-FORMED auxine efflux carriers beïnvloedt en dus mee instaat voor de regulatie van de directionaliteit van auxine flux. Bladeren van enkelvoudige pid mutanten ontwikkelen zich normaal, maar occasioneel worden 3 cotyledonen gevormd, tesamen met een pin-vormige bloeiwijze. In tegenstelling tot in de pid mutanten, vertonen de PIDOE-lijnen sterk gereduceerde bladgroei waarbij minder bladeren worden gevormd per afzonderlijk rozet.

Hormoonanalyse van de PIDOE -lijnen bevestigde dat het fenotype inderdaad te wijten was aan verstoringen in de auxine balans. Visualisatie van de DR5 auxine-sensor suggereerde eveneens wijzigingen in de auxine distributie en –signalisatie in bladeren van de PIDOE-lijnen. Kinematische analyse van plaveiselepiteelcellen toonde dat PID, boven een bepaalde drempelwaarde, celdeling en celexpansie inhibeert en dus ook de finale bladgrootte beïnvloedt. Transcriptoomdata ondersteunde de bevindingen van het inhibitorisch effect van PID overexpressie op orgaan- en celgroei.

De mate van het fenotype en de induceerbaarheid van het PID gen in verschillende stress condities (welke blijkt uit de analyse van publiek toegankelijke micro-array data via Genevestigator), leidde ons tot de hypothese dat PID een mogelijke rol speelt in stress-responsen. Onze transcriptoomdata ondersteunen deze hypothese via een duidelijke opregulatie van verschillende stress-respons merkergenen en hormoon-specifieke genen. We hebben deze hypothese getest door reactieve zuurstofsoorten (ROS) en andere metabole stress merkers, zoals malondialdehyde (MDA), ROS-genererende en wegvangende enzymes, te analyseren. Onze bevindingen suggereren dat ectopische expressie van PID stress responsen induceert in bladeren en in de hele plant responsen jegens omgevingscondities zoals droogte en osmotische stress moduleert. Hierbij speelt een complex maar intrigerende interactie tussen verschillende fytohormonen, ROS en onderliggende signaalcomponenten een rol.

Via deze studie leveren we voor het eerst bewijs van de onderliggende cellulaire basis van een bladgroei-fenotype te wijten aan PID overexpressie en eveneens van het feit dat PID bladgroei negatief beïnvloedt via een inhibitie van celdeling, endoreplicatie en expansieprocessen via wijzigingen in auxine homeostase. We zijn ook de eersten om een rol van PID te suggereren in stress-responsen.



Link: https://www.uantwerpen.be/nl/faculteiten/faculteit-wetenschappen/