Elongin C complexes in Arabidopsis development and DNA repair
Elongin C 复合物在拟南芥发育和 DNA 修复中的作用
基本信息
- 批准号:RGPIN-2014-04268
- 负责人:
- 金额:$ 1.89万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2015
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2015-01-01 至 2016-12-31
- 项目状态:已结题
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- 关键词:
项目摘要
Plants depend on sunlight for survival, yet sunlight consists of not only beneficial visible light but also damaging ultraviolet (UV) rays. I am interested in how plants optimize their response to visible light while protecting themselves from UV damage. Here I propose to examine the role of Elongin C complexes in light-regulated developmental transitions, such as flowering, as well as in UV-damaged DNA repair.
All organisms must protect their genomes (DNA) from UV damage. Amazingly, life-forms from yeast to plants to humans use basically the same process to do this: a pathway called Nucleotide Excision Repair, where UV-damaged DNA is recognized, unwound, cut and repaired. The only step in this process that varies between organisms is the initial damage recognition. In the baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae damage recognition and initiation of repair is performed by the Radiation Sensitive (RAD) 7 / RAD16 / Elongin C (ELC1) complex. In mammals (including humans) however, damaged DNA is recognized by Damaged DNA Binding protein (DDB) 1 & 2. In plants, work by my lab and other researchers has shown that DDB1&2 are involved in repair of plant UV-damaged DNA. Interestingly, recent bioinformatic analysis in the model plant Arabidopsis thaliana has revealed that plants also have RAD7, RAD16, and ELC1 proteins, but their functions are uncharacterized. This provides us with a unique opportunity to examine the roles and interactions of both the mammalian (DDB1&2) and yeast (RAD7&16) damaged DNA recognition factors in a single system. I propose to use the extensive molecular and genetic tools available to Arabidopsis researchers to examine the role of the RAD7/RAD16/ELC1 complex in plant UV tolerance and DNA repair. Specifically, we will generate genetic material with altered levels of these genes then analyze developmental, UV tolerance and DNA repair phenotypes. In addition, we will examine RAD7, RAD16 and ELC1 protein levels, interaction partners and location in the cell as well as regulation of these properties by UV. Excitingly, our preliminary results show that rad7a, rad7b, and rad16b mutants are all UV-sensitive, supporting our hypothesis and providing the first evidence in any multicellular organism of a role for the RAD7 complex in DNA repair.
In addition, by analyzing development in our mutants, we have found that rad16 and elongin c mutants are early flowering. Thus the role of plant Elongin C complexes seems to extend beyond DNA repair to regulation of important growth parameters. In yeast and mammals Elongin C interacts not only with RAD7, but also with Elongin A. The Elongin A/C complex regulates transcript (RNA) elongation. We have identified a possible Arabidopsis Elongin A and are also interested in its function in plants and potential contribution to Elongin C’s role in flowering time.
Thus by examining the roles of these two prospective Elongin C complexes (RAD7- and Elongin A-containing) we will identify novel components of plant UV-damaged DNA repair as well as identify unique plant-specific roles for these conserved proteins, such as the regulation of flowering time. In this way we will gain insight into plant environmental response with respect to both stress (e.g. UV) and developmental (e.g. flowering time) cues. This research may lead to future crops with optimized UV tolerance and genome stability.
植物依赖阳光生存,但阳光不仅包含有益的可见光,还包含有害的紫外线 (UV)。我感兴趣的是植物如何优化对可见光的反应,同时保护自己免受紫外线伤害。在这里,我建议研究 Elongin C 复合物在光调节发育转变(例如开花)以及紫外线损伤 DNA 修复中的作用。
所有生物体都必须保护其基因组 (DNA) 免受紫外线损伤。令人惊讶的是,从酵母到植物再到人类,生命形式基本上使用相同的过程来做到这一点:一种称为核苷酸切除修复的途径,其中紫外线损伤的 DNA 被识别、解开、切割和修复。这个过程中生物体之间唯一不同的步骤是最初的损伤识别。在面包酵母中,酿酒酵母损伤识别和修复启动是由辐射敏感 (RAD) 7 / RAD16 / Elongin C (ELC1) 复合物执行的。然而,在哺乳动物(包括人类)中,受损的 DNA 是由受损 DNA 结合蛋白 (DDB) 1 和 2 识别的。在植物中,我的实验室和其他研究人员的工作表明,DDB1 和 2 参与植物紫外线损伤 DNA 的修复。有趣的是,最近对模式植物拟南芥的生物信息学分析表明,植物也含有 RAD7、RAD16 和 ELC1 蛋白,但它们的功能尚未表征。这为我们提供了一个独特的机会来研究单个系统中哺乳动物 (DDB1&2) 和酵母 (RAD7&16) 受损 DNA 识别因子的作用和相互作用。我建议利用拟南芥研究人员可用的广泛分子和遗传工具来研究 RAD7/RAD16/ELC1 复合物在植物紫外线耐受性和 DNA 修复中的作用。具体来说,我们将生成这些基因水平发生改变的遗传物质,然后分析发育、紫外线耐受性和 DNA 修复表型。此外,我们将检查 RAD7、RAD16 和 ELC1 蛋白水平、相互作用伙伴和在细胞中的位置以及紫外线对这些特性的调节。令人兴奋的是,我们的初步结果表明 rad7a、rad7b 和 rad16b 突变体都对紫外线敏感,这支持了我们的假设,并为任何多细胞生物体中 RAD7 复合物在 DNA 修复中的作用提供了第一个证据。
此外,通过分析突变体的发育,我们发现 rad16 和 elongin c 突变体开花较早。因此,植物延长蛋白 C 复合物的作用似乎超出了 DNA 修复的范围,还可以调节重要的生长参数。在酵母和哺乳动物中,Elongin C 不仅与 RAD7 相互作用,还与 Elongin A 相互作用。Elongin A/C 复合物调节转录物 (RNA) 延伸。我们已经鉴定出一种可能的拟南芥 Elongin A,并且对其在植物中的功能以及 Elongin C 在开花时间中的作用的潜在贡献也感兴趣。
因此,通过检查这两种潜在的 Elongin C 复合物(含 RAD7 和 Elongin A)的作用,我们将鉴定植物紫外线损伤 DNA 修复的新成分,并鉴定这些保守蛋白的独特植物特异性作用,例如开花时间的调节。 通过这种方式,我们将深入了解植物对压力(例如紫外线)和发育(例如开花时间)线索的环境反应。这项研究可能会导致未来作物具有优化的紫外线耐受性和基因组稳定性。
项目成果
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