Bindning av Arabidopsis FD till ett ovanligt cis-regulatoriskt element – En ny roll för blomningsregulatorn LEAFY?

Forskningsprojekt Växter är av hög ekonomisk betydelse eftersom de producerar de flesta av våra livsmedel och djurfoder. Den växtspecifika transkriptionsfaktorn LEAFY (LFY) har visat sig spela viktig roll i kontrollen av blomningstid och blomsterbildningen. I detta forskningsprojekt kommer jag och min grupp att studera hur DNA-bindningsspecificiteten för LFY-proteinet förändrades under evolutionen.

.

Projektansvarig

Markus Schmid Professor (tjänstledig)

E-post

Projektöversikt

Projektperiod:

2020-01-01 – 2023-12-31

Medverkande institutioner och enheter vid Umeå universitet

Institutionen för fysiologisk botanik

Forskningsområde

Biologi, Molekylärbiologi och genetik

Projektbeskrivning

De flesta växter som finns på jorden i dag tillhör gruppen angiospermer, som i dagligt tal också kallas för blomväxter. Dessa växter har utvecklat en häpnadsväckande mångfald när det gäller både blomställning och blommorfologi. De har en enorm ekonomisk betydelse eftersom de producerar huvuddelen av alla frukter och frön och bildar därmed den fundamentala näringsbasen för alla människor och djur.

Tyvärr är det inte ännu kännt hur utvecklingen av dessa växter har gått till, men under de senaste decennierna har man inom forskningen börjat identifiera en rad olika gener som verkar kunna reglera utvecklingen av blomställningen och meristemet som också är evolutionärt bevarade i många arter. Hos modellväxten Arabidopsis thaliana betecknas dessa gener TERMINAL FLOWER 1 (TFL 1), APETALA 1 (AP1) CAULIFLOWER (CAL) och LEAFY (LFY).

LFY avläses till en växtspecifik transkriptionsfaktor som krävs för att kunna bilda den grundläggande strukturen för blommans fyra huvudkomponenter: foderblad, kronblad, ståndare och pistill. Hos Arabidopsis thaliana har man lyckats identifiera både LFY-proteinets specifika DNA-bindande egenskaper och, via genomanalyser, de gener som regleras av LFY. Det intressanta är att den senaste forskningen har visat att LFY-proteinet har genomgått dramatiska förändringar under evolutionens förlopp. Därmed kan LFY-proteinet hos en modern angiosperm såsom Arabidopsis thaliana inte längre binda till ortologa LFY-gener hos primitiva växter, och tvärtom. Detta leder då till den spännande frågan: vilka proteiner övertog egentligen regleringen av transkriptionen av gener som innehåller uråldriga versioner av LFY-promotorer allteftersom den specifika DNA-bindande egenskapen hos LFY-proteinet förändrades?

Vi har nyligen identifierat målgener för en viktig styrfaktor av blomningstiden hos den så kallade bZIP-transkriptionsfaktorn FD. Det intressanta är att genom de novo modelleringarav DNA-sekvensen som FD kan binda till har vi kunnat påvisa att FD kan binda till ett ovanligt sekvenselement som uppvisar flera likheter med en uråldrig LFY-bindande sekvens. Dessa preliminära resultat antyder att FD skulle kunna agera som en kofaktor som kan låsa upp den uråldriga DNA-bindande affiniteten i ett modernt angiospermprotein, eller att FD interagerar med LFY och kan därmed erhålla en möjlighet att binda till den uråldriga LFY positionen.

Det finns minst två skäl till varför mera forskning kring de molekylära processerna av dessa parametrar kan bilda en avgörande vändpunkt inom växtbiologin: dels utvidgas vår förståelse av hur regleringen av blomstringstiden och blomsterbildningen hos Arabidopsis thaliana styrs av FD och LFY, dels kommer det att öppna nya möjligheter till att få en inblick i ko-evolutionen av transkriptionsfaktorer och deras bindningsställen på en genombiologisk nivå. Detta kommer i sin tur att skapa avgörande insikter för optimering av växtförädlingsstrategier för att kunna uppnå framtida krav på ett hållbart jord- och skogsbruk.

Senast uppdaterad: 2020-02-07