Molecular mechanism of the light-induced degradation of the phytochrome A photoreceptor  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81399
Type NK
Principal investigator Nagy, Ferenc
Title in Hungarian A fitokróm-A fotoreceptor fényindukált lebomlásának molekuláris mechanizmusa
Title in English Molecular mechanism of the light-induced degradation of the phytochrome A photoreceptor
Keywords in Hungarian Arabidopsis, phyA jelátviteli lánc, fényfüggő proteolízis, fotomorfogenezis
Keywords in English Arabidopsis, phyA signaling cascade, light-dependent proteolysis, photomorphogenesis
Discipline
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Ortelius classification: Cytogenetics
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Ádám, Éva
Fejes, Erzsébet
Kozma-Bognárné Hajdu, Anita
Pirity, Melinda
Viczián, András
Zakar, Tomas
Starting date 2010-02-01
Closing date 2014-01-31
Funding (in million HUF) 68.451
FTE (full time equivalent) 9.49
state closed project
Summary in Hungarian
A fitokróm-A (PhyA) a csírázó magokban legnagyobb mennyiségben előforduló fotoreceptor, amely fontos szerepet játszik a csíranövény fejlődésében. Ezzel ellentétben a PhyA szintje felnőtt növényekben igen alacsony, mégis kimutatták, hogy a PhyA szerepet játszik a virágzás idejének és az árnyékelkerülésnek a szabályozásában. A PhyA biológiailag aktív formája, a távoli vörös fényt elnyelő Pfr forma 20 perces felezési idővel bomlik. 30 év kutatás után a PhyA proteolízisét közvetítő molekuláris mechanizmus még mindig ismeretlen. Új genetikai szűrőkísérletet terveztünk olyan mutánsok izolálására, amelyek specifikusan a phyA lebontásában sérültek. A szelektált mutánsok előzetes jellemzése arra utal, hogy a mutációk (1) egymástól független genetikai lókuszokba térképeződnek, (2) a phyA-lókuszt nem érintik. Annak meghatározására, hogy a PhyA-jelátvitel sejtspecifikus-e, a PhyA-t sejtspecifikusan kifejező transzgenikus növényeket állítottunk elő. A szelektált növények kezdeti vizsgálata azt mutatja, hogy a PhyA-jelátvitel sejt-autonóm és a sejtek közötti jelátvitel szerepe, ha van is, jelentéktelen. Összefoglalva, a kísérleti program megvalósításától jelentős, új információ várható általában a molekuláris és sejtbiológia és különösen a növénybiológia területén.
Summary
Phytochrome-A (PhyA) is the most abundant photoreceptor in germinating seeds and plays a major role in seedling establishment. In contrast, PhyA levels are extremely low in adult plants, yet it was shown that PhyA is involved in regulating flowering time and shade-avoidance. The biologically active form of PhyA, the far-red absorbing form (Pfr) degrades with a half-life of 20 minutes. Despite 30 years of research the molecular mechanism mediating proteolysis of phyA has remained elusive. We designed a novel genetic screen to isolate mutants specifically impaired in phyA degradation. Initial characterisation of the selected mutants indicates that (i) the mutations map to independent genetic loci, (ii) the phyA locus is not affected. To determine if cell-specificity plays any role in phyA signalling, we produced transgenic plants expressing phyA in a cell-specific fashion. Initial characterisation of the selected plants indicates that phyA signalling is cell-autonomous and cell-to cell signalling plays a minor role, if any. Thus we conclude that completion of the experimental program will provide significant, novel information that will be of interest for molecular and cell biology in general and plant biology in particular.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A fitokróm-A (phyA) degradációját módosító mutánsok vizsgálata során kimutattuk, hogy a phyA N-terminális doménjében a V30A szubsztitúció a phyA sejtmagi importját csökkentve mérsékeli a mutáns fotoreceptor fényindukált degradációját. A phyA-phyE N-terminális domének funkcionális analízisével megállapítottuk, hogy a phyA N-terminális domén – ellentétben a phyB-E N-terminális doménekkel – biológiailag inaktív. Az intakt phyB-E fotoreceptorok sejtmagi importját vizsgálva kimutattuk, hogy ezek fényindukálta importja egymástól eltérő molekuláris mechanizmusok révén történik. Megállapítottuk továbbá, hogy a phyB-S86 foszforilációja destabilizálja a fotoreceptor aktív formáját, ezáltal gátolja annak sejtmagi importját, azaz a fotoreceptor foszforilációja negatívan szabályozza a fényindukált jelátviteli lánc működését. A phyA-t és phyB-t szövetspecifikusan (epidermisz, mezofill és szállító szövet) kifejező transzgénikus növények jellemzésével kimutattuk, hogy a két fotoreceptor által szabályozott jelátviteli lánc működésének mechanizmusa jelentős mértékben különbözik. A phyB által kontrollált jelátviteli lánc korai lépései – ellentétben a phyA-val – egy olyan, nem sejt-autonóm jelet produkálnak, ami a fotoreceptort nem tartalmazó sejtekben is módosítja egyes kulcsfontosságú transzkripciós faktorok aktivitását, degradációját, így a fotomorfogenezist szabályozó gének kifejeződési szintjét és mintázatát.
Results in English
We showed that the phyA-401 mutant isolated by our custom-designed genetic screen is hyposensitive to low-fluence but not to high-fluence far-red (FR) light. The V30A substitution in the N-terminal segment of phyA-401 inhibits its interaction with the transport facilitator FHY1 and thereby the light-induced translocation of phyA-401 into the nucleus. The altered nucleo/cytoplasmic partitioning of the mutant results in increased stability of the phyA-401 protein, indicating that the rate of degradation of phyA is different in these cellular compartments. We demonstrated that homodimers of the phyB-phyE N-terminal domains, in contrast to those of phyA, are capable of regulating various photomorphogenic responses, and that light-induced translocation of the full-length phyA, phyB, phyC and phyE proteins into the nucleus is mediated by different molecular mechanisms. We reported that phosphorylation of amino acid S86 in the N-terminal domain of phyB accelerates dark-reversion of phyB, inhibits its interaction with PIF3 and thereby negatively regulates phyB action. We expressed phyA and phyB in a tissue-specific fashion (epidermis, mesophyll and companion cells), and showed that the early steps of phyA-mediated signaling are tissue-autonomous, whereas the activation of phyB generates a non-tissue autonomous signal. These data demonstrate that the modes of action by which these closely related photoreceptors act are radically different.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81399
Decision
Yes





 

List of publications

  
Domagalska, M.A., Sarnowska, E., Nagy, F., Davis, S.J.: Genetic analyses of interactions among Gibberellin, Abscisic Acid, and Brassinosteroids in the control of flowering time in Arabidopsis thaliana, PLoS One, 2010
Palágyi, A., Terecskei, K., Ádám, É., Kevei, É., Kircher, S., Mérai, Zs., Schäfer, E., Nagy, F., Kozma-Bognár, L.: Functional analysis of N-terminal domains of the photoreceptor phytochrome B, Plant Physiology, 2010
Wolf, I., Kircher, S., Fejes, E., Kozma-Bognár, L., Schäfer, E., Nagy, F., Ádám, É.: Light-regulated nuclear import and degradation of Arabidopsis phytochrome-A N-terminal fragments, Plant Cell Physiology, 2010
Ádám, É., Hussong, A., Bindics, J., Wüst, F., Viczián, A., Essing, M., Medzihradszky, M., Kircher, S., Schäfer, E., Nagy, F.: Altered dark- and photoconversion of Phytochrome B mediated extreme light sensitivity and loss of photoreversibility of the phyB-401 mutant, PLoS One, 2011
Sokolova, V., Bindics, J., Kircher, S., Schäfer, E., Nagy, F., Viczián, A.: Missense mutation in the N terminal of Phytochrome A disrupts the nuclear import of the photoreceptor, Plant Physiology, 2011
Rizzini, L., Favoury, J., Cloix, C., Faggionato, D., O'Hara, A., Kaiserli, E., Baumeister, R., Schäfer, E., Nagy, F., Jenkins, G., Ulm, R.: Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 protein, Science, 2011
Fehér, B., Kozma-Bognár, L., Kevei, É., Hajdu, A., Binkert, M., Davis, S., Schäfer, E., Ulm, R., Nagy, F.: Functional interaction of the circadian clock and UV RESISTANCE LOCUS-8 controlled signaling pathways in Arabidopsis thaliana, The Plant Journal, 2011
Pfeiffer, A., Nagel, M-K., Popp, C., Wüst, F., Bindics, J., Viczián, A., Hiltbrunner, A., Nagy, F., Kunkel, T., Schäfer, E.: Interaction with plant transcription factors can mediate nuclear import of phytochrome B, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012
Viczián, A., Adam, E., Wolf, I., Kircher, S., Heijde, M., Schäfer, E., Ulm, R., Nagy, F.: A short amino-terminal part of Arabidopsis phytochrome A induces constitutive photomorphogenic response, Mol. Plant, 2012
Terecskei, K., Tóth, R., Gyula, P., Kevei, E., Bindics, J., Coupland, G., Nagy, F., Kozma-Bognár, L.: The circadian clock-associated small GTPase LIGHT INSENSITIVE PERIOD1 suppresses light-controlled endoreplication and affects tolerance to salt stress in Arabidopsis, Plant Physiology, 2013
Ádám, É., Kircher, S., Liu, P., Mérai, Z., González-Schain, N., Hörner, M., Viczián, A., Monte, E., Sharrock, R.A., Schäfer, E., Nagy, F.: Comparative functional analysis of full-length and N-terminal fragments of phytochrome C, D and E in red light-induced signaling, New Phytologist, 2013
Medzihradszky, M., Bindics, J., Ádám, É., Viczián, A., Klement, É., Lorrain, S., Gyula, P., Mérai, Z., Fankhauser, C., Medzihradszky, K.F., Kunkel, T., Schäfer, E., Nagy, F.: Phosphorylation of phytochrome B inhibits light-induced signaling via accelerated dark reversion in Arabidopsis, The Plant Cell, 2013




 

Events of the project

  
2013-08-21 15:20:32
Résztvevők változása
2012-05-22 12:32:34
Résztvevők változása



Back »