Transcription associated proteins in plant development and evolution

Die Genexpression ist ein fundamentaler Prozess der Zellbiologie. In diesem werden die in der DNA enthaltenen Informationen in funktionale Einheiten umgesetzt. Das Maß, in dem die Genexpression reguliert werden kann, korreliert dabei mit dem Potential einer Zelle verschiedenste Funktionen auszubilden. Als ein Beispiel dafür kann das Durchschreiten des pflanzlichen Lebenszyklus gesehen werden, wie es sich z.B. bei der Entwicklung eines Baumes aus einem Samen vollzieht. Dies wird durch unterschiedliche Anwendungen der Genregulation auf identische DNA Informationen möglich. Dabei bildet die Transkription, das Umschreiben der DNA in RNA, den initialen Schritt der Genexpression. Die Regulation der Transkription erfolgt durch transkriptions-assoziierte Proteine (transcription associated proteins, TAPs). Die vorliegende Arbeit erweitert das Wissen über die Rolle von TAPs in der pflanzlichen Entwicklung und zeigt neue Aspekte ihrer Evolution in Pflanzen auf. In einem ersten Schritt wurde eine Methode zur Detektion von TAPs in Pflanzen (TAPscan) etabliert. Unter Anwendung dieser Methode wurde eine große Anzahl pflanzlicher Genome und Transkriptome auf das Vorhandensein verschiedener TAP Gruppen untersucht. Auf Grundlage der erhobenen Daten ließen sich ursprüngliche Zustände sowie die Entstehung, Expansion und der vollständige oder teilweise Verlust verschiedener TAP Familien über die Evolution der Pflanzen hinweg nachvollziehen. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass sich viele TAP Familien, deren Entstehung bisher mit dem Landgang der Pflanzen in Verbindung gebracht wurde, bereits vor den ersten Landpflanzen entwickelten. Des Weiteren wurde der Einfluss von TAPs auf die Samenentwicklung untersucht. Diese Untersuchungen wurden anhand von Aethionema arabicum (zur Verfügung gestellt durch das SeedAdapt Konsortiums), einer Pflanze, die dimorphe Samen ausbildet, durchgeführt. Dazu wurden Daten aus RNA Sequenzierungen (RNA-seq) analysiert und TAPscan auf diese Daten angewendet. Im Zuge dessen konnte auch der Nutzen eines de novo Transkriptoms im Vergleich zu einem Referenzgenom bei der Identifizierung differenziell exprimierter Gene gezeigt werden. Die Analysen der Sequenzierungsdaten, auch unter Anwendung von TAPscan, konnten deutliche Unterschiede zwischen den beiden untersuchten Samenformen belegen. In den Analysen wurden, sowohl unter Anwendung des de novo Transkriptoms als auch des Referenzgenoms, die Anlagen der dehiszenten (Kurzzeit-) Samenform für schnelle Samenreife und die der indehiszenten (Langzeit-) Samenform für erhöhte Dormanz deutlich.