Grundlage der zwei Funktionen von TFL1 in der Reproduktionsentwicklung entschlüsselt
Die Reproduktionsentwicklung bei Pflanzen besteht aus dem Übergang von der vegetativen Phase, in der an der Sprossspitze kontinuierlich Blätter gebildet werden, zur reproduktiven Phase, die durch die Bildung von Blütenstandszweigen und Blüten gekennzeichnet ist. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben durch morphologische Charakterisierung in Verbindung mit Proteinexpressionsmustern und Genexpressionsprofilen untersucht, wie ein regulatorisches Protein namens TERMINAL FLOWER 1 an der Sprossspitze zwei unterschiedliche Funktionen während der Blüte in der Modellart Arabidopsis thaliana ausübt.
TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) ist ein Repressor der Gentranskription, der am apikalen Meristem der Arabidopsis-Pflanze gebildet wird. Dort erfüllt er zwei wichtige Funktionen: Er verhindert die Blüte während der vegetativen Entwicklung und hält anschließend das apikale Meristem in einem aktiven Zustand, so dass im Blütenstand kontinuierlich Blüten und Zweige gebildet werden. Ziel der Studie war es, zu verstehen, wie TFL1 diese beiden unterschiedlichen Funktionen auf molekulargenetischer Ebene ausführt.
Zunächst charakterisierten Martina Cerise und Kollegen aus dem Labor von George Coupland die Veränderungen der Morphologie des Sprossapikalmeristems von tfl1-Mutanten im Laufe der Zeit und bestätigten, dass sie früher blühten als der Wildtyp (Abbildung 1). Anschließend beobachteten sie die räumliche und zeitliche Lokalisierung einer fluoreszierenden Version des TFL1-Proteins mittels konfokaler Mikroskopie und wiesen nach, dass es ein dynamisches Verteilungsmuster an der Sprossspitze aufweist. Während der vegetativen Phase befindet sich TFL1 unterhalb des Meristems, aber beim Übergang zur Blüte wird seine Lokalisierung diffus, bevor es sich während der Entwicklung des Blütenstandes an der Spitze des Meristems ansammelt (Abbildung 2).
Anschließend identifizierte die Gruppe mithilfe der RNA-Sequenzierung Gene, die an der Sprossspitze von Mutanten, denen TFL1 fehlt, im Vergleich zu Pflanzen, die TFL1 exprimieren, zu verschiedenen Zeitpunkten von der vegetativen Phase bis zum Beginn der Blütenbildung an der Spitze unterschiedlich exprimiert wurden. Sie stellten fest, dass TFL1 hauptsächlich auf zwei verschiedene Gengruppen einwirkt, deren Funktionen die Doppelfunktion von TFL1 widerspiegeln, und sie legen nahe, dass TFL1 zu zwei Arten der Genregulation beiträgt. Die erste Funktion wirkt während der vegetativen Phase und bewirkt die Unterdrückung der Transkription von Genen, die die Blüte fördern, und verhindert so, dass die Pflanzen zu früh blühen. Die zweite Funktion von TFL1 besteht in der stabilen und kontinuierlichen Blockierung der Expression von Genen, die die Entwicklung von Blütenorganen fördern. TFL1 verhindert also, dass sich das Meristem in eine Blüte verwandelt, und erhält seine Unbestimmtheit aufrecht, so dass es kontinuierlich Blüten und Blütenstandszweige hervorbringen kann.
Schließlich zeigten die Autorinnen und Autoren mit Hilfe eines genetischen Ansatzes, dass die Unterdrückung der Transkription des SEPALLATA4-Gens, das für einen Transkriptionsfaktor stromabwärts von TFL1 kodiert, für die Doppelfunktion von TFL1 bei der Regulierung des Blühzeitpunktes und der Erhaltung des Meristems wichtig ist.
Insgesamt zeigt die Studie, wie eine detaillierte Charakterisierung der dynamischen TFL1-Proteinexpression im Laufe der Zeit mit Genexpressionsmustern korreliert werden könnte, um die Grundlage der Rolle von TFL1 bei der Regulierung des Blühzeitpunktes und der Unbestimmtheit der Triebe zu verstehen.
