RKD genes: a novel transcription factor family involved in the female gametophyte development of Arabidopsis and wheat

Abstract

Im Gegensatz zu Tieren, besteht der Lebenszyklus einer Pflanze aus der Aufeinanderfolge einer Gameten-produzierenden gametophytischen und einer Sporen-produzierenden sporophytischen Generation. Der Gametophyt der Angiospermen besteht aus vier verschiedenen Zelltypen, einschließlich der zwei Gameten Eizelle und Zentralzelle, die sich nach der Befruchtung zum Embryo bzw. Endosperm entwickeln. Die molekularen Mechanismen der gametophytischen Zelldifferenzierung sind weitgehend unverstanden. Hier wird eine Klasse neuer, pflanzenspezifischer Transkriptionsfaktoren, die RKD-Faktoren von Weizen und Arabidopsis, beschrieben. Alle RKD-Faktoren haben ein hochkonserviertes RWP-RK-Motiv gemeinsam. Die RKD-Familie des Weizen besteht aus mindestens vier Genen (TaRKD1-4). Durch Einzelzell-RT-PCR werden RKD-Transkripte in der Eizelle, den Synergiden und der Zygote nachgewiesen. Im Arabidopsis-Genom werden fünf RKD-Gene gefunden. Die Transkripte der Gene AtRKD1-4 werden im Blütenknospen nachgewiesen, während AtRKD5 ubiquitär exprimiert wird. In situ-Hybridisierung sowie die Aktivität von Promotor-Reportergen-Konstrukten zeigen, dass die Gene AtRKD1 und AtRKD2 in dem aus Eizelle und Synergiden bestehenden Eiapparat exprimiert werden. Die ektopische Expression von AtRKD1 und AtRKD2 sowie den entsprechenden GFP-Fusionskonstrukten in sporophytischem Gewebe verursacht Zellproliferation sowie die Expression Eizell-spezifischer Markergene. Die Ergebnisse zeigen, dass RKD-Faktoren die Entwicklung sporophytischer Zellen zu Zellen mit Eizellidentität kontrollieren. RKD-Faktoren ähneln dem Faktor MINUS DOMINANCE (MID) der Grünalge Chlamydomonas. MID is notwendig und ausreichend für die Differenzierung von Gameten, was auf die hohe phylogenetische Konservierung der Funktion hinweist.