Ethylene-responsive transcription factors orchestrating AM-dependent fatty acid biosynthesis act in complexes with Nuclear Factor-Y TFs and the key AM regulator RAM1

Abstract

Der Aufbau und die Etablierung der arbuskulären Mykorrhiza (AM) Symbiose zwischen Medicago truncatula und Rhizophagus irregularis wird durch eine definierte Gruppe von Genen, die transkriptionell umprogrammiert werden, gezielt gelenkt. Neben anderen Familien von Transkriptions Faktor (TF) Genen gehören auch ETHYLEN RESPONSIVE (ERF) TF Gene zu AM-abhängig regulierten TF Genen. Dies deutet auf eine Rolle der ERF TF Gene während der AM hin. In vorangegangenen Publikationen konnte gezeigt werden, dass neben dem AM-Regulator RAM1 (ein GRAS TF) drei ERF TFs (WRI5A, WRI5B und WRI5C) eine wichtige Rolle während der AM-abhängigen Fettsäure (FS) Biosynthese spielen. Diese Daten weisen auf regulatorische Netzwerke während der AM-abhängigen FS Biosynthese hin, konnten aber bisher nicht Fragen nach den genauen Zielen der regulatorischen TFs beantworten. Um diese Fragen zu klären, wurden sieben AM-hochregulierte ERF TF Gene (WRI5A, WRI5B, WRI5C, 460730, 15867, 21492 und 25005) in der vorliegenden Dissertation analysiert. Reportergen-Analysen in mykorrhizierten Wildtyp, ram1-1 und pt4-2 mutierten Wurzeln zeigen, dass die Genexpression aller sieben ERF TF Gene von einer Arbuskel-haltigen Zelle mit funktionierendem Nährstoff-Austausch abhängig ist. Des Weiteren führte das silencing einiger ERF TF Kandidatengene durch RNA-Interferenz (RNAi) zur Herunterregulierung von AM-Markergenen wie MtPT4 und MtRam1 sowie von Genen, die Komponenten der AM-abhängigen FA Biosynthese codieren. Ebenso konnten Effekte auf andere ERF TF Kandidatengene gezeigt werden, was darauf schließen lässt, das ERF TFs sich gegenseitig regulieren. Yeast-1-Hybrid (Y1H) Interaktionsstudien konnten eine direkte Interaktion von Promotoren von Genen, die Komponenten der AM-abhängigen FS Biosynthese codieren mit verschiedenen ERF TFs, sowie die gegenseitige Interaktion mit Promotoren von ERF TF Genen nachweisen. Zusätzlich zeigten Y2H und Bimolecular Flourescence Complementation (BiFC) Studien, dass ERF TFs in regulatorischen Komplexen mit TFs der Nuclear-Factor-Y (NF-Y) Familie und MtRAM1 ihre Funktion ausüben. Basierend auf den Resultaten dieser Doktorarbeit wird die AM-abhängige FS Biosynthese in M. truncatula daher von ERF-RAM1 bzw. ERF-NF-Y Komplexen reguliert.