Analysis of dynamic interactions of ROXYs, land plant-specific glutaredoxins, with TGA transcription factors during the evolution of land plants

陆生植物进化过程中陆生植物特异性谷氧还蛋白 ROXY 与 TGA 转录因子的动态相互作用分析

基本信息

  • 批准号:
    251970190
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Priority Programmes
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2013-12-31 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Redox biochemistry is increasingly recognized as a crucial component of cellular signal processing in all types of organisms. Endogenous changes of oxidant levels are now known to contribute to cell fate decisions, such as proliferation, differentiation and apoptosis. Keeping the balance between damaging and adaptive processes mediated by oxidant levels is key to adaptation of life forms to changing biotic and abiotic environments, both throughout the life cycle of one organism and also on a larger scale during the evolution of organisms. Plants are sessile organisms and, in contrast to mobile animals, have to adjust to their environment being faced with challenges such as damage by pathogen attack or stress exposure by UV-light and draught. All plants possess CPYC and CGFS glutaredoxine (GRXs), glutathione-dependent oxidoreductase proteins, which are members the thioredoxin-fold superfamily. Like thioredoxins, GRXs act as antioxidants and have cysteine thiol disulphide exchange catalytic properties. At the time when plants conquered the land, about 470 MY ago, in the most basal land plants, the mosses, a novel land plant-specific GRX group, the CC-type GRXs, emerged. During the evolution of land plants, exclusively this CC-type GRX group expanded strongly coinciding with the formation of plants, which are composed of more complex organs and better adapted to a life on land. This raises the intriguing questions about the biochemistry of novel evolving redox signaling events and thiol switches and their specific functions during the evolution of land plants.The proposed SPP project focuses on investigating the function of the land plant-specific CC-type GRXs, ROXYs, and the underlying protein thiol switches during land-plant evolution. ROXY1 from Arabidopsis thaliana governs petal and anther development via interaction with the TGA transcription factor PERIANTHIA (PAN) in the nucleus. Given that ROXYs are land-plant specific, we aim to unravel the molecular function of ancestral ROXYs in a basal land plant, the livermoss Marchanita polymorpha, to understand how a land-plant specific group of GRXs and the associated thiol-switches and redox-processes have contributed to novel adaptations to a life on land. We showed that the protein interactions between ROXYs and TGAs as well as their redox-dependent DNA binding is highly conserved. We aim to compare the biochemical activities of ROXYs and TGAs from Arabidopsis (ROXY1, PAN) and Marchantia (MpROXY1/2, MpTGA1/2). By a combination of in vitro and in vivo approaches we aim to analyzed the determined nuclear thiol-switch in more detail and investigate how nuclear redox-processes contributed to the adaptations that made a terrestrial lifestyle possible.
氧化还原生物化学越来越被认为是所有类型生物体中细胞信号处理的重要组成部分。氧化剂水平的内源性变化现在已知有助于细胞命运决定,如增殖、分化和凋亡。保持氧化剂水平介导的破坏性和适应性过程之间的平衡是生命形式适应不断变化的生物和非生物环境的关键,无论是在一个生物体的整个生命周期中,还是在生物体进化的更大范围内。植物是固着生物体,与移动的动物不同,植物必须适应环境,面临诸如病原体攻击或紫外线和干旱造成的胁迫暴露等挑战。所有植物都具有CPYC和CGFS谷氧还蛋白(GRX),谷胱甘肽依赖性氧化还原酶蛋白,它们是硫氧还蛋白折叠超家族的成员。像硫氧还蛋白一样,GRX充当抗氧化剂并且具有半胱氨酸硫醇二硫化物交换催化性质。当植物征服陆地时,大约470 MY前,在最基部的陆地植物中,出现了苔藓,一种新的陆地植物特异性GRX组,CC型GRX。在陆地植物的进化过程中,这种CC型GRX群随着植物的形成而强烈扩张,这些植物由更复杂的器官组成,更好地适应陆地生活。这就提出了一个有趣的问题,即陆地植物进化过程中新的氧化还原信号事件和巯基开关的生物化学及其特定功能,建议SPP项目的重点是研究陆地植物特有的CC型GRX,ROXY和潜在的蛋白质巯基开关在陆地植物进化过程中的功能。拟南芥ROXY 1基因通过与细胞核中的TGA转录因子PERIANTHIA(PAN)相互作用来调控花瓣和花药的发育。鉴于ROXY是陆地植物特异性的,我们的目标是解开祖先ROXY的分子功能在一个基底的陆地植物,地苔Marchanita polymorpha,了解如何陆地植物特定组的GRX和相关的巯基开关和氧化还原过程,有助于新的适应陆地上的生活。 我们发现ROXY和TGA之间的蛋白质相互作用以及它们的氧化还原依赖性DNA结合是高度保守的。我们的目的是比较来自拟南芥(ROXY 1,PAN)和地钱(MpROXY 1/2,MpTGA 1/2)的ROXY和TGA的生化活性。通过体外和体内方法的结合,我们的目标是更详细地分析所确定的核巯基开关,并研究核氧化还原过程如何有助于适应陆地生活方式。

项目成果

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