Kathrin Naumann

Molekulargenetische und funktionelle Analyse von SUVH2, einem SU(VAR)3-9 homologen Protein in Arabidopsis thaliana

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 23.06.2006

Abstract
Das Protein SUVH2 ist ein SET-Domänen Protein aus Arabidopsis. Es enthält eine N terminale YDG- Domäne und eine C terminale SET- Domäne. Die SET-Domäne wurde in verschiedenen Proteinen aus zahlreichen Organismen identifiziert. Für das Arabidopsis Protein SUVH2 konnte eine Histon Methyltransferase Aktivität (HMTase) für H3K9, H3K27 und H4K20 gezeigt werden. Das Protein SUVH2 liegt im Kern vor und wird in verschiedenen Organen transkripiert. Für weitere Analysen von SUVH2 wurden transgene Linien in sense und antisense Orientierung hergestellt.
Durch die Überexpression von SUVH2 in den Linien 35S*::mycSUVH2#5, #6 und #22 kommt es zur Ausprägung eines "mini" Pflanzen Phänotyps. Die Keimlinge dieser Überexpressionslinien zeigen curled Kotyledonen und Rosettenblätter. Des weiteren weisen sie ein geringeres Wachstum als der Wildtyp Arabidopsis thaliana columbia auf.
In diesen Linien 35S*::mycSUVH2 erfolgt eine genomweite Änderung der Genexpression, dies konnte anhand einiger mobilen Elemente (Athila, T1) und Genen der Pathogenabwehr (PR1, RPP5) gezeigt werden. Zwischen der HMTase SUVH2, der DNA Methyltransferase MET1 und dem DNA Remodellingfaktor DDM1 wurde eine Interaktion gezeigt.
SUVH2 hat einen Einfluss auf die Expression von Transgenen. So wurde in den Überexpressionslinien 35S*::mycSUVH2 eine verstärkte Inaktivierung des Transgens LUZIFERASE nachgewiesen. In der Nullmutante suvh2 erfolgte eine Aktivierung der LUZIFERASE.
In mit der Turnip Mosaik Virus (TuMV) infizierten Wildtyppflanzen konnte ein erhöhte Expression von SUVH2 nachgewiesen werden. In der Nullmutante suvh2 wird diese durch SUVH4 kompensiert. Durch viralen Stress erfolgt eine Änderung der Histon- modifikationen und möglicherweise auch eine Änderung der DNA-Methylierung.

SUVH2 is a SET-domain protein in Arabidopsis thaliana. It contains an N terminal YDG-domain and a C terminal SET-domain. The SET-domain was found in different organisms.
The protein SUVH2 is a histone methyltransferase for the marks H3K9, H3K27 and H4K20. It is located in the nucleus. In further analyses were used transgenic lines SUVH2 in sense and antisense orientation.
The overexpression of SUVH2 effected in the development of "mini" plant phenotype.
These lines are 35S*::mycSUVH2#5, #6 and #22. The seedlings show curled cotyledons and leaves. They are shorter than the wildtype Arabidopsis thaliana columbia.
In this lines 35S*::mycSUVH2 there are changes in the gene expression. This was shown for mobile elements (Athila, T1) and genes of pathogen response (PR5, RPP5).
The HMTase SUVH2 interacts with the DNA methyltransferase MET1 and the remodeling factor DDM1.
SUVH2 have an effect of the transgenic gene expression. In the overexpressionslines #4 and #6 the LUCIFERASE shows a higher inactivation as in the control.
In the suvh2 mutant line the LUCIFERASE activity is higher than in the control.
In virus infected wildtype was found a higher expression of SUVH2.
In the suvh2 mutant line the effect of SUVH2 is compensated by higher expression of SUVH4 or KYP. SUVH4 is a histone H3K9 methyltransferase in arabidopsis.
These results indicate a change of histone modification and maybe DNA modification during virus infection (biotic stress).

Keywords:
SET-Domäne, SUVH2, HMTase, DDM1, mobile Elemente, TGS, LUZIFERASE, TuMV, Real-Time PCR

SET-domain, SUVH2, HMTase, DDM1, mobile elements, TGS LUCIFERASE, TuMV, Real-Time PCR

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Abkürzungsverzeichnis, Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung (1-11)
2. Material und Methoden (12-28)
3. Ergebnisse (29-69)
4. Diskussion (70-86)
5. Anhang (87-95)
6. Literatur (96-110)