A pillangós modellnövény Medicago trunculata nitrogénkötő és mikorrhiza
Title in English
Genetic studies on the nitrogen fixing and mycorrhyza symbioses in the model legume Medicago truncatula
Panel
Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Starting date
2004-10-01
Closing date
2009-09-30
Funding (in million HUF)
17.420
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A nitrogénkötő szimbiózis során a pillangós növények gyökerén egy új szerv, a gyökérgümő jön létre, melyben az endoszimbionta baktériumok speciális formái, a bakteroidok redukálják a légköri nitrogént, ellátva így a növényt kötött nitrogénnel. A lin mutáns Medicago truncatula A17 növény képtelen a nitrogénkötő szimbiózis kialakítására, és fenotípusa alapján feltételezhető, hogy a mutációért felelős génnek fontos szerepe van a baktérium invázióban és a gyökérgümő fejlődésében. Térképezésen alapuló klónozás segítségével korábban sikerült azonosítanunk a lin mutációt hordozó gént, és most komplementációs kísérletben igazoltuk, hogy a mutáns fenotípusért az általunk izolált gén a felelős. Kimutattuk, hogy gén promóter fragmense fertőzetlen növényekben a gyökér apikális csúcsán aktív, míg baktériumfertőzés után a fejlődő gümőprimordiumban, a fiatal gümő egészében biztosít expressziót, és érett gümőkben aktivitása az inváziós zónára korlátozódik. Sejten belüli lokalizációs kísérleteink alapján a LIN fehérje a sejtmag membránjában, illetve az endoplazmatikus retikulumban helyezkedik el.
A LIN fehérje egyik doménje ún. U-box domén, mely az ubiquitináció folyamatában kulcsfontosságú E3 ubiquitin-ligáz enzimekben található meg, tehát a LIN fehérje homológia alapján feltételezhető funkciója különböző folyamatoknak a fehérjék degradációján keresztüli szabályozása lehet. In vitro ubiquitinációs kísérletekben sikerült igazolnunk, hogy a LIN fehérje egy funkcióképes E3 ubiquitin-ligáz.
Results in English
Symbiotic nitrogen fixation takes place in the nodule, a special organ developed on the roots of legume plants upon rhizobial inoculation. The lin mutant of Medicago turncatula A17 is defective in intermediate steps of nodule differentiation and unable to fix nitrogen suggesting that the lin gene is playing important role in the nodule organogenesis as well as in the bacterial invasion. By using positional cloning we have previously identified the LIN gene and now we demonstrated in complementation tests that the identified gene is indeed responsible for the mutant phenotype.
We showed that the 5’ upstream promoter segment of the LIN gene has low activity in the apical region of the non-inoculated roots, while in inoculated plants it gives strong signal in the nodule primordia, young nodules and in the invasion zone of matured nodules. Based on our localization studies the LIN protein is positioned in the nuclear envelope and in the endoplasmic reticulum. One of the domains of the LIN protein is a so-called U-box domain that is a characteristic domain of E3 ubiquitin-ligases, which play key roles in the ubiquitination process. Therefore the predicted role of LIN could be the control of different processes – specifically during the symbiosis - through the degradation of proteins. By using in vitro ubiquitination assay we demonstrated that the LIN protein is a functional E3 ubiquitin-ligase.
