Narrow your search

Library

KU Leuven (3)

ULiège (2)

UNamur (1)

VIVES - Kortrijk, Roeselare, Tielt, Torhout (1)

VUB (1)


Resource type

book (2)

dissertation (1)


Language

English (3)


Year
From To Submit

2009 (3)

Listing 1 - 3 of 3
Sort by

Dissertation
Functional analysis of the trehalose metabolism gene family in Arabidopsis thaliana.

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

Trehalose heeft een belangrijke rol als reserve koolhydraat en stress-beschermer in een groot aantal verschillende organismen. Dit suiker wordt hoofdzakelijk aangemaakt met behulp van twee enzymes, trehalose-6-fosfaat (T6P)-synthase (TPS) en T6P-fosfatase (TPP). Lange tijd werd aangenomen dat trehalose synthese afwezig zou zijn in hoger geëvolueerde planten, niettegenstaande trehalose in grote hoeveelheden opgestapeld wordt in sommige lagere planten in droogte-stress. Heterologe expressie van microbiële trehalose biosynthese genen veroorzaakte echter dramatische veranderingen in groei, ontwikkeling, metabolisme, en stress resistentie in hogere planten, wat wijst op een belangrijke regulatorische functie. Meer nog, hogere planten blijken een hele familie van trehalose biosynthese orthologen te bevatten, wat suggereert dat de synthese van dit suiker in planten lang niet zo uitzonderlijk is als voordien verondersteld werd. In dit werk werden de 21 genen van de model plant Arabidopsis thaliana, die vermoedelijke coderen voor trehalose biosynthese enzymen, getest in een groei- complementatie proef in gistcellen. Hierbij bleek van de klasse I TPS proteïnen enkel AtTPS1 de groei van een gist tps1 mutant op glucose te herstellen, conform eerdere gerapporteerde TPS activiteitsmetingen voor dit enzyme. In tegenstelling tot de klasse II TPS homologen die de groei van de gist mutanten niet konden complementeren (duidend op niet-significant TPS/TPP activiteit), hadden de klasse III TPP proteïnen allen duidelijk TPP activiteit, met welliswaar verschillende kinetische eigenschappen. De aanwezigheid van T6P binding plaatsen in de klasse II TPS proteïnen, duidt eerder op een functie als T6P sensoren dan als katalytisch actieve enzymen. In tegenstelling tot de robuuste regulatie door suiker- en licht behandelingen van de klasse II TPS genen, blijken de klasse III TPP genen veleer minder sterk gereguleerd door deze behandelingen. Echter, een gedetaileerde studie van de expressie van de 10 verschillende TPP genen, wijst op een opmerkelijk divers expressiepatroon voor elke gen in ruimte en tijd. Meer nog, sommige TPP genen vertonen zeer verfijnde expressies in specifieke cellen of in een bepaalde ontwikkelingsfase. Deze resultaten zijn consistent met de belangrijke regulatorisch functies van, en de noodzaak aan een strakke controle over, de hoeveelheid T6P, wetende dat de klasse III TPP genen coderen voor actieve TPP proteïnen. Meer nog, T6P komt steeds vaker naar voor als een nieuwe groeiregulator, die de koolstof voorziening koppelt aan de groei, de ontwikkeling en de stress resistentie van planten. Verder werd er aandacht geschonken aan één klasse II TPS gen (AtTPS5), één klasse III TPP gen (AtTPPG), en AtTRE1, het enige trehalase gen gekend in Arabidopsis. Het afzonderlijk deleteren van deze genen veroorzaakte onder normale groei-omstandigheden geen grote fenotypische veranderingen in Arabidopsis. Afhankelijke van het licht regime, werden echter wel gewijzigde bladontwikkeling en bloei-inductie waargenomen bij de AtTPS5 en AtTRE1 gedeleteerde planten en AtTPPG mutatie gaf aanleiding tot een gemodificeerd zetmeel metabolisme. Meer nog, trehalase blijkt een belangrijke rol te spelen in de reactie van planten op stress. Alle 3 de genen zijn ook, welliswaar in verschillende mate, betrokken bij het optimale gebruik van koolhydraten, werkzaam in de coördinatie van de groei van de plant met de energie voorziening. Heel interesant hierbij is dat de welgekende energie sensor, SnRK1, zowel AtTPS5 als AtTPPG blijkt te reguleren, zowel op transcriptioneel als op translationeel niveau. Proteïne-proteïne interactie-studies, uitgevoerd om meer directe functies te vinden voor zowel AtTPS5 als AtTPPG, toonden ons een hele resem van verschillende enzymen als potentiële interagerende proteïnen. Deze enzymen zijn betrokken in verschillende uiteenlopende processen in de plant: van metabolisme, signalering tot ontwikkeling. Dit wijst erop dat trehalose metabolisme mogelijks betrokken is, en een significante betekenis kan hebben, in alle facetten van een plantenleven. Tot slot zijn we dieper ingegaan op de functie van suiker en energie signalering in biotische stress reacties in hogere planten. Hiervoor hebben we gebruik gemaakt van een specifiek plant-pathogeen pathosystem, met de obligaat biotroof Plasmodiophora brassicae en de model plant Arabidopsis. We hebben hierbij duidelijke indicaties gevonden dat SnRK1 activiteit de reactie van de plant in infectie sterk beïnvloedt. Niettegenstaande we het exact werkingsmechanisme nog aan het ontrafelen zijn, blijkt de globale inductie van een ‘energie besparend programma’ door SnRK1 activiteit de incentieven van de pathogeen tegen te werken. De pathogeen wil namelijk het endogeen plant koolstof metabolisme misleiden en gebruiken in zijn voordeel. Kennis van de exacte moleculaire mechanismen achter plant trehalose metabolisme en SnRK sigalering zal ons mogelijk maken in de nabije toekomst om belangrijke landbouwgewassen te verbeteren naar een hogere kwaliteit en opbrengst. Trehalose functions as a major reserve sugar and stress protectant in a large variety of organisms. The major pathway for trehalose synthesis involves a trehalose-6-phosphate (T6P)-synthase (TPS) and a T6P-phosphatase (TPP). With the exception of some lower stress-tolerant plant organisms, trehalose synthesis has long been thought to be absent in higher plants. However, its presence and significance began to dawn when ectopic expression of microbial trehalose metabolism genes were found to result in dramatic phenotypes, affecting plant sugar partitioning, growth, development and stress resistance. Moreover, higher plants seem to encode a remarkably large family of putative trehalose biosynthesis enzymes. In this study, we have analysed the 21 putative trehalose biosynthesis proteins of the model plant Arabidopsis thaliana in yeast growth complementation assays. From class I TPS proteins, only AtTPS1 showed explicit TPS activity. For all 7 class II TPS proteins, neither significant TPS nor TPP activity could be observed. The 10 class III TPP proteins, however, all displayed TPP activity, but with different kinetics. Given the observed conservation of T6P binding residues, the class II TPS proteins might operate as T6P sensors, rather than catalytically active enzymes. In contrast to the rigorous differential sugar- and light regulation of class II TPS gene expression, class III TPP gene expression seems less extensively regulated by these treatments. However, in-depth gene expression analysis with promoter-GUS/GFP reporter lines for all class III TPP genes, did reveal remarkably specific spatio-temporal expression patterns; for some TPPs even limited to particular cell types or developmental stages. Given that the class III TPP genes are encoding active TPP enzymes, these results are consistent with the need for a rigid level control of and important regulatory functions for T6P, which is emerging as a novel growth regulator coordinating carbon supply with plant growth, development and stress resistance. We have then characterized in more detail one class II TPS gene (AtTPS5), one class III TPP gene (AtTPPG), and the only known trehalase gene in Arabidopsis, AtTRE1. In general, the phenotypes of the single null mutants largely resembled wild type under normal growth conditions. Depending on the light regime, however, AtTPS5 knock-out (KO) and AtTRE1 KO mutants displayed altered leaf development and flower time, and AtTPPG KO mutants exhibit altered starch levels. Moreover, trehalase seems to play a role in plant stress responses. Remarkably, all three the genes seem to a different extent important for the optimal utilization of carbohydrates, possibly mediating the coordination of growth with the available energy. Furthermore, the energy sensor SnRK1 appears to regulate AtTPS5 and AtTPPG both transcriptionally and translationally. Moreover, protein-protein interaction studies revealed that both proteins are interacting with multiple plant metabolic and signaling pathways, and developmental processes, indicating that trehalose metabolism is strongly integrated in the entire plant life. Finally, we also addressed the role of sugar and energy signaling in biotic stress responses. Using a specific plant-pathogen system with the obligate biotroph Plasmodiophora brassiceae, we observed that SnRK1 activity strongly affects plant performance during biotic stress. Although we are still in the process of unraveling the mechanism involved, we propose that the global induction of a ‘energy saving program’ by SnRK1 counters the incentives of the pathogen to mislead and use endogenous plant carbon metabolism for its own benefit. Knowledge of the exact molecular mechanisms mediating the plant’s use of trehalose metabolism and SnRK signaling will eventually enable us to engineer crops with superior yield and quality. interagerende proteïnen. Deze enzymen zijn betrokken in verschillende uiteenlopende processen in de plant: van metabolisme, signalering tot ontwikkeling. Dit wijst erop dat trehalose metabolisme mogelijks betrokken is, en een significante betekenis kan hebben, in alle facetten van een plantenleven. Tot slot zijn we dieper ingegaan op de functie van suiker en energie signalering in biotische stress reacties in hogere planten. Hiervoor hebben we gebruik gemaakt van een specifiek plant-pathogeen pathosystem, met de obligaat biotroof Plasmodiophora brassicae en de model plant Arabidopsis. We hebben hierbij duidelijke indicaties gevonden dat SnRK1 activiteit de reactie van de plant in infectie sterk beïnvloedt. Niettegenstaande we het exact werkingsmechanisme nog aan het ontrafelen zijn, blijkt de globale inductie van een ‘energie besparend programma’ door SnRK1 activiteit de incentieven van de pathogeen tegen te werken. De pathogeen wil namelijk het endogeen plant koolstof metabolisme misleiden en gebruiken in zijn voordeel. Kennis van de exacte moleculaire mechanismen achter plant trehalose metabolisme en SnRK sigalering zal ons mogelijk maken in de nabije toekomst om belangrijke landbouwgewassen te verbeteren naar een hogere kwaliteit en opbrengst. for T6P, which is emerging as a novel growth regulator coordinating carbon supply with plant growth, development and stress resistance. We have then characterized in more detail one class II TPS gene (AtTPS5), one class III TPP gene (AtTPPG), and the only known trehalase gene in Arabidopsis, AtTRE1. In general, the phenotypes of the single null mutants largely resembled wild type under normal growth conditions. Depending on the light regime, however, AtTPS5 knock-out (KO) and AtTRE1 KO mutants displayed altered leaf development and flower time, and AtTPPG KO mutants exhibit altered starch levels. Moreover, trehalase seems to play a role in plant stress responses. Remarkably, all three the genes seem to a different extent important for the optimal utilization of carbohydrates, possibly mediating the coordination of growth with the available energy. Furthermore, the energy sensor SnRK1 appears to regulate AtTPS5 and AtTPPG both transcriptionally and translationally. Moreover, protein-protein interaction studies revealed that both proteins are interacting with multiple plant metabolic and signaling pathways, and developmental processes, indicating that trehalose metabolism is strongly integrated in the entire plant life. Finally, we also addressed the role of sugar and energy signaling in biotic stress responses. Using a specific plant-pathogen system with the obligate biotroph Plasmodiophora brassiceae, we observed that SnRK1 activity strongly affects plant performance during biotic stress. Although we are still in the process of unraveling the mechanism involved, we propose that the global induction of a ‘energy saving program’ by SnRK1 counters the incentives of the pathogen to mislead and use endogenous plant carbon metabolism for its own benefit. Knowledge of the exact molecular mechanisms mediating the plant’s use of trehalose metabolism and SnRK signaling will eventually enable us to engineer crops with superior yield and quality.


Book
Disease control in crops : biological and environmentally friendly approaches
Author:
ISBN: 9781405169479 Year: 2009 Publisher: Chichester : Wiley-Blackwell,

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

Keywords

Plante de culture --- Crops --- Maladie des plantes --- Plant diseases --- Lutte intégrée --- Integrated control --- Contrôle de maladies --- Disease control --- Lutte biologique --- Biological control --- Lutte chimique --- Chemical control --- Lutte physique --- Physical control --- 633 --- 632 --- 632.937 --- Biologische bestrijding --- Gewasbeschermingsmethoden --- Gewasbescherming --- Field crops and their production --- Plant damage, injuries. Plant diseases. Pests, organisms injurious to plants. Plant protection --- Natural limitation of plant diseases and pests. Biological control --- 632.937 Natural limitation of plant diseases and pests. Biological control --- 632 Plant damage, injuries. Plant diseases. Pests, organisms injurious to plants. Plant protection --- 633 Field crops and their production --- Phytopathogenic microorganisms --- Botany --- Communicable diseases in plants --- Crop diseases --- Diseases of plants --- Microbial diseases in plants --- Pathological botany --- Pathology, Vegetable --- Phytopathology --- Plant pathology --- Plants --- Vegetable pathology --- Agricultural pests --- Crop losses --- Diseased plants --- Plant pathologists --- Plant quarantine --- Micro-organisms, Phytopathogenic --- Microbial plant pathogens --- Plant pathogens --- Microorganisms --- Plant parasites --- Agricultural microbiology --- Microbial herbicides --- Biocontrol of plant diseases --- Biological control of phytopathogenic microorganisms --- Biological control of plant diseases --- Control&delete& --- Environmental aspects --- Pathology --- Diseases and pests --- Diseases --- Wounds and injuries

Listing 1 - 3 of 3
Sort by