Phylogenetische und molekulare Charakterisierung pflanzlicher F-Box-Proteine mit C-terminaler Kelch-Repeat-Domäne

Abstract

F-Box-Proteine (FBPs) stellen eine der größten Proteinfamilien im Pflanzenreich dar. Als Substrat-rekrutierende Untereinheit des Skp1-Cullin-F-Box (SCF)-Komplexes, sind sie an der Regulation zahlreicher pflanzlicher Prozesse beteiligt. Phylogenetische Analysen von FBPs mit C-terminaler Kelch-Repeat-Domäne (FBKs) in sieben Landpflanzenspezies zeigten, dass FBKs in Kategorien eingeteilt werden können, die ihre evolutionäre Stabilität widerspiegeln. Evolutionär superstabile FBKs besitzen Orthologe in allen analysierten Landpflanzenspezies und sind auf Sequenzebene hoch konserviert. Evolutionär instabile, artspezifische FBKs hingegen, zeichnen sich in der Regel durch eine Kelch-Domäne aus, die Signale von positiver Selektion aufweist, was ihr adaptives Potential verdeutlicht. Auf Basis der phylogentischen Analysen wurden vier konservierte Arabidopsis thaliana FBKs (FBK1-4) für eine revers-genetische Charakterisierung ausgewählt. Da die Überexpression einiger der FBKs die Transkription zahlreicher pflanzlicher Abwehrgene inhibiert, wird postuliert, dass FBK1-4 als negative Regulatoren pflanzlicher Abwehrgene fungieren und in Abwesenheit von biotischem Stress die Pathogenabwehr unterdrücken.

F-box proteins (FBPs) represent one of the largest protein families in plants. As the substrate-recruiting subunit of the Skp1-Cullin-F-box (SCF)-complex they are involved in the regulation of diverse biological processes in plants. Phylogenetic analysis of FBPs with C-terminal kelch repeats domain (FBKs) in seven land plant species revealed that FBKs can be categorized according to their evolutionary stability. Evolutionary superstable FBKs have orthologous in all analysed land plant species and are highly conserved on the sequence level. In contrast, evolutionary unstable, lineage-specific FBKs are characterized by a kelch domain that shows strong signatures of positive selection, indicating adaptational potential. Based on these phylogenetic analyses, four conserved Arabidopsis thaliana FBKs (FBK1-4) were selected for a reverse genetic approach. Overexpression of some of the FBKs resulted in transcriptional suppression of numerous plant defense genes. Therefore, it is postulated that FBK1-4 act as negative regulators of plant defense genes and inhibit pathogen defense responses in the absence of biotic stress.