Functional Analysis of the Salicylic Acid-Responsive PR-1 Promoter in Arabidopsis thaliana
Funktionale Analyse des Salicylsäure-induzierbaren PR-1 Promotors in Arabidopsis thaliana
von Sebastian Pape
Datum der mündl. Prüfung:2009-07-09
Erschienen:2010-02-04
Betreuer:Prof. Dr. Christiane Gatz
Gutachter:PD Dr. Wolfgang Dröge-Laser
Gutachter:PD Dr. Wilfried Kramer
Gutachter:Prof. Dr. Ingo Heilmann
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Size:2.55Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
The Arabidopsis PR-1 gene belongs to a subset of genes upregulated during systemic acquired resistance (SAR), a plant defense response against a broad spectrum of pathogens mediated by the signaling molecule salicylic acid (SA). Genetic analysis has revealed that the promoter is repressed by SNI1 and that this repression has to be overcome by the SA-sensitive positive regulator NPR1. NPR1 activates transcription after association with TGA factors which bind to the as-1-like element of the PR-1 promoter. This study reveals that NPR1 and SNI1 regulate the PR-1 promoter through the as-1-like element and through WRKY boxes. The SNI1/NPR1 antagonism at the PR-1 promoter is explained by the existence of two alternate activation pathways. In the wildtype promoter, activation is mediated by the TGA-NPR1 complex at the as-1-like element. The as-1-like element represses at the same time the alternate activation pathway, presumably through indirect interactions with SNI1. In the absence of the as-1 element or SNI1, the alternate pathway can be activated through WRKY transcription factors, which are expressed in an NPR1-dependent manner. NPR1 cannot activate the promoter if the distance between the two TGA binding sites of the as-1-like element is 4- instead of 9bps, but such an as-1-like element can still repress the alternate pathway. The as-1 element of the CaMV 35S promoter, which contains 4bps between the TGA binding sites, confers strong constitutive activation when replacing the as-1-like element of the PR-1 promoter, as a binding site for a strong activator is encoded in the sequence of this cis-regulatory element. Thus, the as-1 element of the CaMV 35S promoter cannot mediate repression of the alternate pathway in the PR-1 promoter context. However, the repression capacity is re-established in the absence of the TGA subclass II members TGA2, TGA5 and TGA6.
Keywords: NPR1; PR-1; TGA factors; SNI1; Salicylic acid
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Das Arabidopsis PR-1 Gen gehört zu einer Gruppe von
Genen, die während systemic acquired resistance
(SAR), einer pflanzlichen Abwehrreaktion gegen ein
breites Pathogenspektrum, durch das Signalmolekül
Salicylsäure (SA) hochreguliert werden. Genetische
Studien haben gezeigt, dass der PR-1 Promotor durch
SNI1 reprimiert wird und diese Repression durch den
SA-sensitiven Regulator NPR1 aufgehoben wird. NPR1
aktiviert Transkription nach Interaktion mit TGA
Faktoren, welche wiederum an das as-1-ähnliche Element
im PR-1 Promotor binden können. Die hier vorliegende
Studie zeigt, dass NPR1 und SNI1 durch das
as-1-ähnliche Element und durch WRKY Boxen reguliert
wird. Der SNI1/NPR1 Antagonismus wird durch die
Existenz von zwei alternierenden Signalwegen erklärt.
Im wildtypischen Promotor wird PR-1 Expression durch
den TGA-NPR1 Komplex am as-1 Element induziert.
Gleichzeitig unterdrückt das as-1-ähnliche Element den
alternativen Aktivierungspfad, voraussichtlich durch
indirekte Interaktion mit dem Repressor SNI1. In
Abwesenheit des as-1-ähnlichen Elementes oder SNI1 kann
der alternative Signalweg durch NPR1-abhängige WRKY
Transkriptionsfaktoren aktiviert werden. Das as-1
Element aus dem CaMV 35S Promoter weist einen 4bp
Abstand zwischen den TGA-Bindemotiven auf und
vermittelt durch die Rekrutierung eines Aktivators eine
starke, konstitutive Expression wenn es an Stelle des
wildtypischen as-1-ähnlichen Elementes im Promotor
integriert wird. Folglich kann das CaMV 35S as-1
Element im PR-1 Promotor Kontext keine Repression auf
den alternativen Aktivierungssignalweg ausüben. Dennoch
wird die Fähigkeit zur Repression in Abwesenheit der
TGA Subklasse II Mitglieder TGA2, TGA5 und TGA6
wiederhergestellt.
Schlagwörter: NPR1; PR-1; TGA factors; SNI1; Salicylsäure