Arabidopsis NSE4 proteins act in somatic nuclei and meiosis to ensure plant viability and fertility

Abstract

Gemeinsam mit cohesin und condensin gehört der SMC5/6-Komplex zur Familie der „Structural Maintenance of Chromosome (SMC)“ Proteine. Bei Hefe und Säugetieren ist dieser Komplex an der DNA-Doppelstrang-Reparatur, der Genomstabilität, sowie an der meiotischen Synapsis und Rekombination beteiligt. Bei Pflanzen sind die Funktionen des SMC5/6-Komplexes nach wie vor weitgehend ungeklärt. Daher untersuchten wir insbesondere die wichtige δ-kleisin Untereinheit NSE4 des SMC5/6 Komplexes bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Wir identifizierten und charakterisierten zwei Kandidaten-Gene: Nse4A and Nse4B. Ein „knock-out“ von Nse4A ist für die Pflanze letal. Gen-Expressions-Analysen von Nse4A zeigten eine Expression in sämtlichen untersuchten Geweben. Nse4B hingegen wurde nicht exprimiert, bzw. Transkripte traten nur in generativem Gewebe auf. Um die Dynamik und Lokalisierung der SMC5/6-Komplex Komponenten zu untersuchen, stellten wir spezifische Antikörper gegen NSE3, NSE4A und SMC5 her. Außerdem produzierten wir transgene Linien, die diese Untereinheiten durch Koppelung an fluoreszenzierende Proteine sichtbar machen. Dadurch identifizierten wir die betreffenden Untereinheiten in euchromatischen Zellkernen von A. thaliana. Die Analyse von NSE4A::GFP und SMC5::EYFP Linien zeigte auch eine Markierung der somatischen Zellkerne.

The SMC 5/6 complex along with cohesin and condensin is a member of the structural maintenance of chromosome (SMC) protein family. In yeast and mammals, this complex is engaged in DNA double strand break repair, genome stability, meiotic synapsis and recombination. In plants, the function of SMC5/6 remains enigmatic. Therefore, we analyzed the crucial δ-kleisin component NSE4 of the SMC5/6 complex in the model plant Arabidopsis thaliana. We identified and characterized two candidate genes - Nse4A and Nse4B. The knock-out of the Nse4A gene is lethal for the plant. Gene expression analyses demonstrated Nse4A expression across different tissue types, whereas Nse4B expression was undetectable or limited to generative tissue. To characterize the dynamics and localization of SMC5/6 complex components, we generated specific antibodies and transgenic fluorescence protein lines for NSE3, NSE4A and SMC5. Thus, we found the presence of these subunits in euchromatin of A. thaliana nuclei. The analysis of NSE4A::GFP and SMC5::EYFP lines revealed also the labeling of somatic nuclei.