Characterization of the LEAFY COTYLEDON1 regulon - transcription factor controlled hormone cross-talk during somatic and zygotic embryogenesis

Abstract

Der Transkriptionsfaktor LEAFY COTYLEDON1 (LEC1) stellt einen wichtigen Regulator der Embryogenese und Samenentwicklung in Arabidopsis dar. Er ist sowohl an der Regulation von frühen Prozessen beteiligt, als auch in die Regulation von späten Prozessen der Samenreifung involviert. Die ektopische Expression von LEC1 fördert die Bildung von somatischen Embryonen. Mit dem Ziel der Identifikation von downstream Zielgenen von LEC1, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei induzierbare Systeme für die Überexpression von LEC1 etabliert. Mit diesen war es möglich, die vegetative Entwicklung durch Induktion von LEC1 und gleichzeitige Behandlung mit ABA in Richtung einer embryonalen Differenzierung umzuschalten. Keimblatt-ähnliche Blätter und embryogene Wurzelspitzen mit hohen Gehalten an Samenreservestoffen entwickelten sich ausgehend von Wurzer- bzw. Apikalmeristem. Ausgangspunkt für die LEC1-gesteuerte embryonale Entwicklung waren differenzierungskompetente Stammzell-Ableger, wobei die Stammzellidentität an sich nicht beinträchtigt wurde. Am Übergang zwischen Hypokotyl und Wurzel löste die Induktion von LEC1 und ABA-Behandlung eine hohe, lokale Akkumulation von Auxin aus, die im späteren Verlauf zur Kallusbildung und somatischen Embryogenese führte. Zur Charakterisierung des LEC1-Regulons wurden Mikroarrayanalysen sowie Chromatinimmunopräzipitationsexperimente durchgeführt. In/unter einer Vielzahl von mutmaßlichen LEC1-Zielgenen waren Gene angereichert, die im Zusammenhang mit Phytohormon-Signaling, Lipidsynthese und der Regulation der Transkription stehen. Die Integration von Auxin- und Brassinosteroid-Signaling durch LEC1 unterstützt die Funktion von LEC1 als Auslöser somatischer Embryogenese und deutet auf ein komplexes Zusammenspiel von Phytohormonen und Transkriptionsfaktoren während der Embryogenese und eine neue Funktion von LEC1 während des Dunkelwachstums von Keimlingen hin.