Regulation of the Cytochrome P450 Gene, CYP81D11, in Arabidopsis thaliana, Subjected to Chemical Stress

Abstract

In höheren Pflanzen induzieren toxische Chemikalien die Expression eines Sets von Detoxifikationsgenen. In Arabidopsis thaliana ist die transkriptionelle Aktivierung eines Teils der an der Detoxifikation beteiligten Gene abhängig von Klasse II TGA Transkriptionsfaktoren (TGA2, 5 und 6) und dem TGA interagierenden GRAS Protein SCARECROW-LIKE14. Für das TGA2,5,6/SCL14-aktiverte Cytochrom P450 Gen CYP81D11 wurde in zahlreichen Microarray-Analysen gezeigt, dass es stark aktivierbar ist durch verschiedene reaktive Chemikalien, wie dem Auxin Transport Inhibitor 2,3,5-Triiodobenzoesäure (TIBA), der Allelochemikalie Benzoxazolin-2(3H)-eins (BOA), dem Sprengstoff 2,4,6-Trinitrotoluen (TNT) und Phytoprostanen (hoch reaktive Komponenten, die durch nicht enzymatische Lipidoxidation erzeugt werden). Im Gegensatz zu anderen TGA2,5,6/SCL14-abhängigen Genen, ist CYP81D11 auch durch das Pflanzenhormon Jasmonsäure (JA), welches ein Vorgänger des aktiven Hormons Jasmonsäure-Isoleucin (JA-Ile) darstellt und spezifisch an den Rezeptor CORONATINE INSENSITIVE1 (COI1) bindet. In dieser Arbeit konnten wir zeigen dass drei unterschiedliche COI1-Funktionen auf den CYP81D11 Promoter wirken: (i) die wohl bekannte COI1-Funktion die zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors MYC2 als Folge von erhöhten JA-Ile Mengen nach MeJA- und Pathogenbehandlung führt; (ii) eine neue COI1-Funktion die basale JA-Ile-Mengen, MYC2 und die MYC2-Bindestelle im Promoter benötigt; und (iii) eine zweite neue COI1-Funktion die unabhängig ist von den bisher bekannten Komponenten der COI1-Signalkaskade, darunter der Ligand JA-Ile. Microarray Analysen von TIBA-behandelten Wildtyp Pflanzen und coi1-Mutanten haben gezeigt, dass 73 Gene nur in Anwesenheit von COI1 induziert werden. Quantitative PCR und Clusteranalysen weisen darauf hin, dass die JA-Ile-unabhängige COI1-Funktion unter diesen Bedingungen auf CYP81D11 beschränkt ist. In Gegensatz dazu ist COI1 bedeutend für die Aktivierung einer großen Zahl von Genen in Gegenwart basaler JA-Ile Mengen. Während COI1 CYP81D11 positiv reguliert, hat die Überexpression der beiden NAC-Transkriptionsfaktoren ATAF1 und ANAC032 einen negativen Effekt auf die Expression von CYP81D11 nach TIBA- und JA-Behandlung.