Gewebeorganisation bei der Blattentwicklung
Jüngsten Forschungen zufolge sind Gradienten kleiner mobiler RNA an der Strukturierung während der Entwicklung beteiligt. Dabei besteht zwischen oberer (adaxialer) und unterer (abaxialer) Seite des Blattes eine stabile adaxial-abaxiale Grenze, die die Domänen streng unterteilt. Dieses polare Expressionsmuster wird über zwei kleine RNA kontrolliert, und die definierte Expression in jeder Domäne legt nahe, dass kleine RNAs die Genexpression dosisabhängig über Auslesung des kleinen RNA-Gradienten regulieren. Das Projekt SRNAGRAD (Robust developmental patterns generated by opposing gradients of mobile small RNAs) untersuchte nun die Bedeutung dieser kleinen RNA-Gradienten, insbesondere, wie sie gebildet werden und wie sie Expressionsmuster beim Ziel-Gen erzeugen. An transgenen Zelllinien, die so verändert wurden, dass sie microRNA (miRNA) für den abaxialen spezifischen ARF3-Transkriptionsfaktor (miRARF) exprimieren, wurde ermittelt, wie Position und Richtung des Gradienten Domäne, Niveau und Grenze der Zielgenexpression beeinflussen. Dabei wurde der direkte Effekt auf die Entwicklung mit dem β-Glucuronidase (GUS)-Reportersystem dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gradienten mobiler miRNA an mehreren Stellen des Blattes On-off-Zielgenexpressionsgrenzen erzeugen. Zudem beeinflusst die Konzentration dieser RNA offenbar die Position der Expressionsgrenze, was durch die Theorie von der Dosisabhängigkeit bestätigt wird. In Zelllinien mit künstlich verändertem Gradienten zeigte der adaxiale epidermis-spezifische Promotor AS2 eine geringere Expressionsrobustheit, mit sehr variablen Blattparametern im Vergleich zum Wildtyp. Auch war die adaxial-abaxiale Grenze ungenauer und nicht scharf definiert. Dies verdeutlicht, wie wichtig richtig eingestellte RNA-Gradienten für die normale Entwicklung sind. Weitere Vergleiche erfolgten mit synthetischen kleinen RNA, die auf das GFP (grün fluoreszierendes Protein) gerichtet sind (miR-GFP), und endogenen kleinen RNA. Die Studien zeigten, dass ein Gradient gebildet wurde und dass unabhängig von der Richtung des Gradienten On-off-Ziel-Expressionsgrenzen entstanden. Zudem verstärkte eine erhöhte miR-GFP-Konzentration die GFP-Expression hin zur abaxialen Seite, was die Theorie der dosisabhängigen Expressionskontrolle bestätigt. Die Ergebnisse von SRNAGRAD dürften für Forschungen zur Pflanzenentwicklung von Bedeutung sein. Genauere Kenntnisse der molekularen Maschinerie sind ein erster Schritt für neue Züchtungsprogramme zur Steigerung der Agrarleistung.
Schlüsselbegriffe
Blattentwicklung, adaxial-abaxiale Grenze, Genexpression, kleiner RNA-Gradient, SRNAGRAD
