Dynamics of auxin sensing by SCFTIR1/AFB-AUX/IAA co-receptor complexes in Arabidopsis

Abstract

Auxin steuert maßgeblich pflanzliche Wachstums- und Entwicklungsprozesse. Korezeptorkomplexe aus TIR1/AFB F-Box-Protein und AUX/IAA-Repressor binden Auxin. Als Teil von SCF-E3-Ligasen erkennenTIR1/AFBs auxinvermittelt das AUX/IAA-Degron und bewirkenderen Ubiquitinierung und proteasomalen Abbau, was zur Aktivierung auxinabhängiger Gene führt. Verschiedene Korezeptorkombinationen ermöglichen ein Spektrum an Auxinsensoren, die vielfältige Wachstums- und Entwicklungsprozesse bestimmen. In dieser Arbeit wurden potentielle Auxinsensoren und putative Ursachen für die differentielle Auxin-Erkennung identifiziert. Insbesondere wurden die Auxinsensoren TIR1-IAA1 und TIR1-IAA2 biochemisch charakterisiert. Beide binden Auxin mit ähnlich hoher Affinität und gleicher Selektivität. Jedoch zeigen IAA1 und IAA2 unterschiedliche Auxinresponsivität ihrer SCFTIR1-abhängigen Ubiquitinierung in vitro, was auf eine funktionelle Differenzierung hinweist. Für in vivo-Studien wurden transgene Pflanzenlinien etabliert und validiert. Insgesamt liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über den Mechanismus der Auxin-Perzeption.

Auxin is a key regulator of plant growth and development. It is perceived by a co-receptor system formed by a TIR1/AFB F-box protein and an AUX/IAA transcriptional repressor. TIR1/AFBs act as target receptors of SCF-type E3 ubiquitin ligases. They auxin-dependently bind the AUX/IAA degron, targeting them for ubiquitination followed by proteasomal degradation, leading to auxin response gene activation. Co-receptor combinations can potentially result in an array of auxin sensors impactinggrowth and development responses. In this work, potential sensor combinations and putative features underlying differential auxin sensing were identified. Also, specific auxin sensors TIR1-IAA1 and TIR1-IAA2were biochemically characterized and shown to constitute similar high affinity auxin receptors with similar auxin selectivity. Strikingly, IAA1 and IAA2 exhibited differential auxin-responsive SCFTIR1-dependent ubiquitination in vitro, pointing to functional diversification. For in vivo studies, transgenic plant lines were established and validated. Taken together, this thesis provides important insight on the mechanism of auxin sensing.