Post-transcriptional and post-translational regulation of the Sucrose Transporter SUT4 from Solanaceae

Beschreibung

Saccharosetransporter (Sucrose Transporters: SUTs, bzw. Sucrose Carriers: SUCs) sind plasmamembran-ständige Membranproteine, die an der Saccharosebeladung des Phloems, dem spezialisierten Transportgewebe höherer Pflanzen, sowie an der Saccharoseaufnahme in sogenannte sink Organe beteiligt sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine detaillierte Untersuchung der physiologischen Funktion verschiedener Saccharosetransporter in Nachtschattengewächsen (Solanaceae). Phylogenetisch lassen sich die bekannten Saccharosetransporter der beiden Solanaceen-Arten Solanum tuberosum und Solanum lycopersicon drei unterschiedlichen Unterfamilien zuordnen: der SUT1-, der SUT2- und der SUT4-Familie. Genetische und biochemische Untersuchungen von transgenen Pflanzen mit reduzierter SUT1-Expression legen eine essentielle Funktion der SUT1-Proteine für die Phloembeladung nahe, während die phloem-spezifische Rolle der SUT2- und SUT4-Proteine noch nicht vollständig geklärt werden konnte. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang die Bestimmung der Halbwertszeit der Transkripte verschiedender Saccharosetransporter, sowie der Nachweis ihrer Mobilität im Phloemsaft. Sowohl durch Pfropfungsexperimente, als auch durch den Nachweis von Wirt-Parasit-Interaktionen konnte eine Phloemmobiliät für StSUT1, NtSUT1, SlSUT1, sowie SoSUT1 gezeigt werden. Hierdurch wurde der Nachweis erbracht, dass SUT-Transkripte tatsächlich im Phloemsaft, d.h. in den Siebelementen des Phloems nachweisbar sind. Inhibitorstudien zeigten zudem, dass für SUT2 und SUT4 eine Regulation der Transkriptstabilität auf post-transkriptionaler Ebene stattfinden muss.Um die Funktion, Regulation und Interaktion der SUT2- und SUT4-Protein aufklären zu können, wurden Doppeltransformanten mit reduzierter SUT2- und SUT4-Expression hergestellt und analysiert. Zudem zeigte die Analyse von SUT4-überexprimierenden Pflanzen, dass Parallelen zu SUT1-inhibierten Pflanzen auftraten. Eine inhibitorische Rolle des SUT4-Proteins auf die SUT1-Beladungsfunktion wird daher diskutiert. Über einen Hefe-3-Hybrid Ansatz wurde daher gezielt nach SUT4 mRNA-bindenden Proteinen unter Verwendung einer Kartoffel-eigenen cDNA Bank gesucht. Mehrere vermeintlich SUT4 RNA-bindende Proteine konnten in unabhängigen Wiederholungen identifiziert werden. Nach weiteren Analysen und dem Ausschluss falsch positiv interagierender Proteine konnte nur für einen der Kandidaten eine RNA-bindende Eigenschaft bestätigt werden: ein durch Protein, das Homoligie zu dem durch Hypoxie induzierbaren HIG1-protein aufweist. Die Bestätitgung der RNA-bindenden Eigenschaft dieses Zinkfingerproteins durch alternative Methoden steht noch aus. Die Identifizierung SUT4-mRNA bindender Proteins könnte bei der Aufklärung der post-transkriptionalen Regulation dieses vermeintlich regulatorischen Saccharosetransporters eine wichtige Rolle spielen. Description Sucrose Transporters (SUTs, also called Sucrose Carriers-SUCs) are membrane proteins, located in the plasma membrane that function in loading sucrose into phloem (specialized vascular tissue) and in sucrose uptake into sink cells. This study aims to investigate more aspects of physiological functions of sucrose transporters in solanaceae plants. There are three subfamilies of sucrose transporters (SUT1, SUT2 and SUT4) have been identified from Solanum tuberosum and Solanum lycopersicon. Genetic and biochemical evidences have established that SUT1-type proteins function in phloem loading, but the phloem specific role of SUT2 and SUT4 proteins still needs further elucidation. A series of detailed analyses of sucrose transporter mRNAs mobility and stability have been performed in this study. Parasitic and graft experiments show that SUT1 mRNAs including (StSUT1, NtSUT1, SlSUT1 and SoSUT1) are phloem mobile; relative analysis with the help of transcriptional and translational inhibitor show that, SUT1 mRNA stability is mainly regulated at the transcriptional level, whereas SUT2 and SUT4 mRNA stability is mainly regulated at the post-transcriptional level. The differential regulations show that members of the SUT2 and SUT4 family are obviously subject of a different regulatory network as described for sucrose transporters belonging to the SUT1 subfamily. In order to clarify relative physiological functions of SUT2 and SUT4 subfamilies, StSUT2 & StSUT4-RNAi potato plants were generated in this work. In addition, SlSUT4 over-expressed tobacco plants were produced and the molecular and phenotypical characters of these transgenic plants illuminated that SUT4 might serve as an inhibitor of SUT1. Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) is used to confirm SUT4 protein-protein interaction partners. Yeast three-hybrid system is employed to identify StSUT4 RNA binding protein(s) from Solanum tuberosum cDNA library. Several putative interaction partners are found in two independent screens. Further investigation has showed that only one protein with homologies to the hypoxia-responsive HIG1 protein is confirmed. The StSUT4 mRNA-binding capacity of this HIG1-like protein still needs to be confirmed by an alternative method. New aspects will help to elucidate the coordinated expression of tissue-specificially expressed sucrose transporters.

Autor*in

He Hongxia

Themen in »Post-transcriptional and post-translational regulation of the Sucrose Transporter SUT4 from Solanaceae«

sucrose transporter, mRNA mobility, mRNA stability, protein-protein interaction, yeast three-hybrid, RNA-binding proteins

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