Teilprojekt C03: Die Rolle von alternativem mRNA Spleißen in der Lichtregulation

Leitung:

Dr. Andreas Wachter

Universität Tübingen

ZMBP, Allgemeine Genetik

Auf der Morgenstelle 28, 72076 Tübingen

Tel 07071 - 29 76149

Fax 07071 - 29 5042

andreas.wachterspam prevention@zmbp.uni-tuebingen.de

Zusammenfassung:

Die Perzeption von Lichtsignalen und deren Weiterleitung spielen eine entscheidende Rolle in Entwicklungs- sowie Adaptationsprozessen von Pflanzen und beruhen auf einer komplexen Regulation auf zahlreichen Ebenen. Die Signalaufnahme erfolgt primär durch Photorezeptoren der Klassen Phototropine, Cryptochrome und Phytochrome. Frühere Studien zeigten, dass die Signalweitergabe auf Änderungen in der subzellulären Lokalisierung der Photorezeptoren sowie Stabilität und Expression von Transkriptionsfaktoren und Chromatinstrukturänderungen beruht. Im Zuge der Anpassung an veränderte Lichtverhältnisse kommt es zu einer umfassenden Änderung des Transkriptoms, wobei bisherige Arbeiten nicht zwischen Spleißvarianten unterschieden. Kürzlich durchgeführte Analysen pflanzlicher Transkriptome ergaben jedoch, dass von mehr als der Hälfte aller Multiexon-Gene Spleißvarianten gebildet werden. Diese Spleißvarianten können unterschiedliche Proteine codieren oder sich in ihrem Repertoire regulatorischer Elemente, wie beispielsweise RNA-Abbau-auslösende Sequenzmerkmale, unterscheiden. Um die Bedeutung des alternativen mRNA Spleißens (AS) für die pflanzliche Photomorphogenese bestimmen zu können, wurden in Vorarbeiten zu dem hier beantragten Projekt die Spleißmuster etiolierter Arabidopsis thaliana Keimlinge von Wildtyppflanzen oder Photorezeptormutanten nach unterschiedlicher Dauer von Weiß-, Rot- oder Blaulichtexposition transkriptomweit erfasst. Unsere bisherigen Analysen ergaben, dass diverse Gene Lichtsignal-abhängiges AS aufweisen, wovon auch bereits identifizierte Komponenten der Lichtregulation wie FAR1, ein Transkriptionsfaktor in der Phytochrom A-Signalkette, und RRC1, ein Spleißfaktor mit einer Rolle in der Phytochrom B-vermittelten Lichtantwort, betroffen sind. Interessanterweise zeigen neben RRC1 weitere Spleißregulatoren lichtabhängiges AS, woraus veränderte Aktivitäten der betroffenen Faktoren und, in Konsequenz, die beobachteten, transkriptomweiten Spleißmusteränderungen im Zuge der Photomorphogenese resultieren könnten. In diesem Teilprojekt sollen ausgehend von unseren bisherigen Analysen die Spleißmuster ausgewählter Gene in Anpassung an veränderte Lichtbedingungen charakterisiert werden. Der Fokus wird dabei auf Genen liegen, die für bereits identifizierte Komponenten der Lichtregulation sowie Spleißfaktoren codieren. Insbesondere soll die funktionelle Bedeutung ausgewählter AS-Ereignisse unter Berücksichtigung folgender Fragestellungen bestimmt werden. Codieren die Spleißvarianten unterschiedliche Proteine, die verschiedene Funktionen aufweisen können, oder führt das AS zu einem Unterschied im Repertoire regulatorischer cis-Elemente? Welche funktionelle Bedeutung haben diese AS-Ereignisse im Zuge der Photomorphogenese sowie in der sich anschließenden pflanzlichen Entwicklung? Letzterer Aspekt soll durch die Komplementierung von Knockout-Mutanten mit einzelnen Spleißvarianten sowie durch gezieltes Ausschalten spezifischer Spleißvarianten im Wildtyp-Hintergrund und anschließende Analyse der Photomorphogenese- sowie weiterer Phänotypen untersucht werden. Auf längere Sicht möchten wir zudem den zugrundeliegenden Spleißcode der für die Photomorphogenese relevanten, alternativen Spleißereignisse durch Identifizierung der beteiligten cis- und trans-Faktoren bestimmen. Dieses Teilprojekt soll somit klären wie AS zur molekularen Codierung der Spezifität im Prozess der Adaptation von Pflanzen an den abiotischen Umweltfaktor Licht beiträgt.