Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln vorgelegt von JESSIKAADRIAN
aus Meerbusch Köln, März 2009
14. Mai 2009
Berichterstatter:
Prof. Dr. Martin Hülskamp
Prof. Dr. Ute Höcker
Prüfungsvorsitzender:
Tag der Disputation:
Prof. Dr. George Coupland
der Pflanzen (Direktor Prof. Dr. G. Coupland) angefertigt.
wurde
vorliegende
Züchtungsforschung in Köln in der Abteilung für Entwicklungsbiologie
Arbeit
für
Die
am
Max-Planck-Institut
Abstract
ABSTRACT
The transition to flowering is controlled by genetic pathways which integrate environmental
cues and the developmental state of the plant. InArabidopsis thaliana, the photoperiod,
vernalization, and autonomous pathways converge at the level of transcriptional regulation of
the floral integrator geneFLOWERING LOCUS T(FT). Only under inductive long-day (LD)
conditions CONSTANS (CO) protein accumulates in the leaf vasculature and activatesFT
expression.the systemic flowering signal, FT protein moves through the phloem toAs part of
the shoot apex where it initiates meristem identity changes.
To understand the molecular mechanism of flowering time regulation mediated byFT,cis-
regulatory sequences ofFT identified in the present study. A wereFT region promoter
between 4.0 and 5.7 kb upstream of the start codon was found to be essential forFT
expression. This region contains a sequence stretch of 430 bp (block A) that is highly
conserved withinBrassicacea. TheFT is associated with the transcriptional repressor locus
TERMINAL FLOWER 2 (TFL2) but the conserved block A in the promoter coincides with a
locally TFL2-depleted region. Expression analysis ofFT deletion constructs in promotertfl2
background revealed that TFL2 mediatesFTrepression via sequences 1.0 to 4.0 kb upstream
ofFT.
The proximal promoter ofFT contains a 360 bp region that is highly conserved within
Brassicacea D). Mutational analysis of short conserved shadows within this region (block
suggested a role in the CO-mediated activation ofFT on transient expression studies. based
Analysis of the mutated elements in the context of the full-lengthFT promoter in stably
transformed plants confirmed that a 6 bp motif (namedS1) is essential forFTexpression.
Endogenous signals and vernalization promote flowering through repression ofFLOWERING
LOCUS C (FLC). FLC has been proposed to repressFTby binding to a region of intron 1 of
FT. Analysis of transgenes either containing or lacking the first intron ofFT in highFLC
expressing plants, revealed that FLC can repressFTthrough the promoter sequences also.
Interestingly, a genomicFTconstruct containing the full-lengthFTpromoter and the genomic
region with all introns but lacking the 3-untranslated region is not expressed and cannot
complement theft phenotype. These data demonstrate a negative regulatory role mutant
conferred by the structuralFTindicate that positive regulatory regions are present and gene
downstream ofFT.
I
II
Zusammenfassung
ZUSAMMENFASSUNG
Die Regulation der Blütenbildung unterliegt verschiedenen genetischen Signalwegen, die den
Wechsel von vegetativem zu reproduktivem Wachstum an Unweltbedingungen als auch an das
Entwicklungsstadium der Pflanze anpassen. InArabidopsis thaliana laufen der
photoperiodische, der vernalisationsabhängige und der autonome Signalweg auf der Ebene der
transkriptionellen Regulation des BlühzeitpunktgensFLOWERING LOCUS T (FT)zusammen.
Nur unter induktiven Langtagbedingungen akkumuliert CONSTANS (CO)-Protein in den
Leitgefäßen der Blätter und aktiviert die Expression vonFT. Als Komponente eines
blühteninduzierenden Signals wandert das FT-Protein durch das Phloem in das Sproßmeristem
und induziert dort die Blütenbildung.
Um ein besseres Verständnis zu erlangen, wie die Blühinduktion auf der Ebene desFT-Gens
übermittelt wird, wurden in der vorliegenden Studie regulatorische Sequenzen vonFT
identifiziert. Dabei stellte sich ein Sequenzbereich 4.0 bis 5.7 kb oberhalb des Startkodons als
essentiell für die Expression vonFTheraus. Sequenzvergleich homologerFT-Gene anderer
Brassicaceaeine 430 bp lange hoch konservierte Region (Block A)ergab, dass dieser Bereich
enthält. Obwohl der transkriptionelle Repressor TERMINAL FLOWER 2 (TFL2) fast den
gesamtenFTA mit einer lokalen TFL2-armen Region-Genlokus bindet, fällt Block