Das seneszenzassoziierte Gen HvS40 der Gerste

Trösch, Mirl

In der vorliegenden Arbeit wurde das seneszenzassoziierte Gen HvS40 der Gerste als dual kodierendes Gen charakterisiert. Damit wurde ein solches Gen erstmals in Pflanzen beschrieben. Der alternative S40+1-Leserahmen, der den kanonischen Leserahmen im 5'-Bereich überragt, konnte auch in anderen monokotylen, jedoch nicht in dikotylen Arten gefunden werden. Das S40-Protein, das durch den kanonischen Leserahmen S40+3 kodiert wird, kann der pflanzenspezifischen Proteinfamilie DUF584 zugeordnet werden. Diese kommt sowohl in monokotylen als auch in dikotylen Pflanzen vor. Der in dieser Arbeit generierte Stammbaum zeigt, dass die DUF584-Proteine monokotyler Arten in sieben Gruppen eingeteilt werden können. Dabei bilden die Proteine, die einen alternativen Leserahmen in ihrer kodierenden Sequenz aufweisen, eine eigene phylogenetische Untergruppe. Versuche zur subzellulären Lokalisation mit PEND- und GFP-Fusionsproteinen zeigten, dass die Alt-S40-Proteine von Gerste und Weizen mit dem PEND-Protein von Arabidopsis in Plastiden und Zellkern derselben Zelle ko-loklisiert waren. Die S40-Proteine zeigten in transient transformierten Zwiebelepidermiszellen hingegen eine ausschließliche Lokalisation im Zellkern. Es konnte gezeigt werden, dass der Transport von Alt-HvS40:GFP in die Plastiden abhängig vom Entwicklungszustand der Zelle ist: In Gerstenprotoplasten aus jungem Gewebe war Alt-HvS40:GFP im Cytoplasma und im Zellkern detektierbar, in Protoplasten aus seneszierendem Gewebe hingegen in den Plastiden und im Zellkern derselben Zelle lokalisiert. Untersuchungen an Gerstentransformanten mit verändertem S40-Transkriptgehalt zeigten, dass beide Proteine eine regulatorische Funktion während des Seneszenzprozesses ausüben. Dabei agiert das HvS40-Protein als negativer Regulator der Seneszenz, während das alternative S40-Protein den Seneszenzprozess fördert. Es ist wahrscheinlich, dass beide Proteine eine regulatorische Funktion als DNA-Bindeproteine ausüben.

In this study the senescence associated gene HvS40 of barley was identified as dual coding gene thereby being the first dual coding gene described in plants. The alternative reading frame S40+1 which overlaps the canonical reading frame S40+3 in 5' direction can also be found in other monocotyledonous but not in dicotyledonous plants like Arabidopsis. The S40 protein of barley encoded by the canonical reading frame S40+3 belongs to the plant specific DUF584-protein family which is present in monocotyledons as well as in dicotyledons. A phylogenetic tree was created using the protein sequences of the monocotyledonous DUF584-proteins. Within this phylogenetic tree the DUF584-protein showing an alternative reading frame in the coding sequence constitute an own subgroup. Co-localization experiments with transiently transformed onion epidermis cells confirmed the subcellular localization of Alt-HvS40:GFP and Alt-TdS40:GFP in plastids and the nucleus of the same cell, whereas the S40-proteins of barley and wheat show an exclusive subcellular localization in the nucleus of transiently transformed onion epidermis cells. It was further demonstrated that the subcellular localization of Alt-HvS40:GFP in the chloroplasts is age dependent: In barley protoplasts isolated from young, non-senescent leaves, Alt-HvS40:GFP showed a subcellular localization in the cytoplasma and the nucleus, whereas a subcellular localization in the chloroplasts could only be observed in protoplasts derived from senescent tissue. To gain more insight into the function of the S40 proteins as potential senescence regulators, transgenic barley lines with altered S40 transcript levels were characterized. The S40 protein from barley was shown to be a negative regulator of senescence whereas the Alt-S40 protein might act as a positive regulator of the senescence process. It is likely that both proteins function as DNA binding proteins.

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Trösch, Mirl: Das seneszenzassoziierte Gen HvS40 der Gerste.

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