Role of tandem zinc finger proteins of Arabidopsis thaliana in plant stress responses

Abstract

Der Abbau und die Translation von mRNAs sind streng regulierte Prozesse und stellen wichtige Kontrollpunkte bei der Regulation der Genexpression dar. Der Prozess des mRNA-Abbaus umfasst drei Schritte, dieMarkierung von mRNA zumAbbau, die Aktivierung der Abbaumaschinerie und der eigentliche mRNA-Abbau. Processing bodies (P body) und stress granules (SG) sind spezialisierte zytoplasmatische granuläre Strukturen, in denen mRNA-Umsatz und translationale Repression stattfinden können. Zusätzlich kann der Abbau von RNAs durch posttranskriptionelles Gen-Silencing (PTGS) erfolgen, an dem siRNA-bodies beteiligt sind. In der vorliegenden Studie wurde beobachtet, dass Tandem-Zinkfinger-Proteine(TZF7-11) in zytoplasmatischen Loci und auch im Kern und / oder dem Zytoplasma lokalisiert sind. Die zytoplasmatischen Locico-lokalisieren teilweise mit verschiedenen P body-, siRNA-body- und SG-Markern. Interessanterweise führteauch ohne Stressbehandlung dieco-Expression von TZFs zu einer Lokalisierung der SG-Marker PAB2 und PAB8 in “stress granules”. Die Expression von TZF7-11 ist PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern)-induzierbar und TZF-Proteine können durch PAMP-responsive Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MAPKs) phosphoryliert werden. Auch führt eine PAMP-Behandlung zu Änderungen in der Lokalisation der TZFs (bis zu 1 Stunde). Die Mutantenanalyse zeigte, dass eineQuadrupel-(tzf7tzf8tzf9tzf10) und Penta-Mutante(tzf7tzf8tzf9tzf10tzf11) hinsichtlich der durch Abscisinsäure (ABA) induzierten Wurzelwachstumshemmung übersensitivreagieren. Die tzf10-Einzelinsertionsmutante zeigt in Gegenwart von ABA eine starke Gelbfärbung der Blätter, was möglicherweise ihre dominante Rolle bei ABA-abhängigen Wachstumsreaktionen darstellt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die TZFs an der posttranskriptionellen Regulation beteiligt sind und dadurch die pflanzlichen Reaktionen auf ABA regulieren.

Degradation and translation of mRNAs are tightly regulated processes and important control points in the regulation of gene expression. The process of mRNA decay involves three steps viz. targeting mRNA for recognition, activation of the mRNA decay machinery and mRNA degradation. Processing bodies (P body) and stress granules (SG) are specialized cytoplasmic granular structures where mRNA turnover and translational repression can take place. Additionally, degradation of RNAs can occur through post-transcriptional gene silencing (PTGS) involving siRNA bodies. In the present study, it is observed that Tandem Zinc Finger proteins (TZF7-11) localized to cytoplasmic foci and also in the nucleus and/or cytoplasm. The cytoplasmic foci partially co-localize with various P body, siRNA body and SG markers. Interestingly, when co-expressed with TZFs “stress granules” labeled with the SG markers, PAB2 and PAB8, were observed even in the absence of stress. Expression of TZF7-11 genes is PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern)-inducible and the TZFs can be phosphorylated by PAMP-responsive mitogen-activated protein kinases (MAPKs). Also changes in the speckled localization of the TZFs are observed upon PAMP elicitation (until 1 hr). Mutant analysis indicates that the quadruple tzf7tzf8tzf9tzf10 and the penta tzf7tzf8tzf9tzf10tzf11 mutants are hypersensitive in terms of abscisic acid (ABA)-induced root growth inhibition. tzf10 single insertion mutant show severe yellowing of leaves in the presence of ABA, possibly depicting its dominant role in ABA dependent growth responses. These results suggest the involvement of the TZFs in post-transcriptional regulation and thereby, regulating plant responses to ABA.