Pseudo-responsregulator
Pseudo-respons regulator ( PRR ) hänvisar till en grupp gener som är viktiga i växtens dygnsoscillator . Det finns fyra primära PRR-proteiner (PRR9, PRR7, PRR5 och TOC1 /PRR1) som utför majoriteten av interaktioner med andra proteiner inom dygnsoscillatorn, och en annan (PRR3) som har begränsad funktion. Dessa gener är alla paraloger av varandra, och alla undertrycker transkriptionen av Circadian Clock Associated 1 ( CCA1 ) och Late Elongated Hypocotyl (LHY) vid olika tidpunkter under dagen. Uttrycket av PRR9, PRR7, PRR5 och TOC1 /PRR1 toppar runt morgonen, mitt på dagen, eftermiddagen respektive kvällen. Som grupp är dessa gener en del av det tredelade repressilatorsystemet som styr den biologiska klockan i växter.
Upptäckt
Flera labb identifierade PRR-gener som delar av dygnsklockan på 1990-talet. År 2000 var Akinori Matsushika, Seiya Makino, Masaya Kojima och Takeshi Mizuno de första att förstå PRR-gener som pseudoresponsrepressorgener snarare än som responsregulatorgener (ARR) . Faktorn som skiljer PRR från ARR-gener är avsaknaden av ett fosfoaccepterande aspartatställe som kännetecknar ARR-proteiner. Även om deras forskning som upptäckte PRR-gener i första hand hyllades under det tidiga 2000-talet som att informera det vetenskapliga samfundet om funktionen hos TOC1 (kallad APRR1 av Mizuno-labbet), en ytterligare pseudo-responsregulator i den biologiska klockan Arabidopsis thaliana , informationen om PRR gener som Matsushika och hans team fann fördjupade den vetenskapliga förståelsen av dygnsklockor i växter och fick andra forskare att göra hypoteser om syftet med PRR-gener. Även om aktuell forskning har identifierat TOC1, PRR3, PRR5, PRR7 och PRR9 som viktiga för A. thalianas dygnsrytmklockmekanism, Matsushika et al. först kategoriserade PRR-gener i två undergrupper (APRR1 och APRR2, A står för Arabidopsis) på grund av två olika aminosyrastrukturer. De negativa återkopplingsslingorna inklusive PRR- gener, föreslagna av Mizuno, införlivades i en komplex repressilatorkrets av Andrew Millars labb 2012. Uppfattningen om den växtbiologiska klockan som består av interagerande negativa återkopplingsslingor är unik i jämförelse med däggdjur och svampdygnsklockor som innehåller autoregulatoriska negativa återkopplingsslingor med positiva och negativa element (se "Transkriptionell och icke-transkriptionell kontroll på sidan Circadian clock ).
Funktion och interaktioner
PRR3, PRR5, PRR7 och PRR9 deltar i repressilatorn av en negativ autoregulatorisk återkopplingsslinga som synkroniseras med miljöingångar. Repressilatorn har en morgon-, kvälls- och nattloop som delvis regleras av pseudo-responsregulatorproteinernas interaktioner med CCA1 och LHY. CCA1 och LHY uppvisar toppbindning till PRR9, PRR7 och PRR5 på morgonen, kvällen respektive natten.
PRR3 och PRR5
När de fosforyleras av ett okänt kinas , visar PRR5- och PRR3-proteiner ökad bindning till TIDSPUNKT FÖR CAB2 EXPRESSION 1 ( TOC1 ). Denna interaktion stabiliserar både TOC1 och PRR5 och förhindrar deras nedbrytning av F-box-proteinet ZEITLUPE (ZTL). Genom denna mekanism aktiveras PRR5 indirekt av ljus, eftersom ZTL hämmas av ljus. Dessutom bidrar PRR5 till transkriptionellt undertryckande av generna som kodar för de enskilda MYB-transkriptionsfaktorerna CCA1 och LHY.
PRR7 och PRR9
Två enkla MYB-transkriptionsfaktorer, CCA1 och LHY, aktiverar uttryck av PRR7 och PRR9 . I sin tur undertrycker PRR7 och PRR9 CCA1 och LHY genom bindningen av deras promotorer. Denna interaktion bildar morgonslingan för repressilatorn av den biologiska klockan i A. thaliana . Kromatinimmunfällning visar att LUX binder till PRR9 -promotorn för att undertrycka den. Dessutom har ELF3 visat sig aktivera PRR9 och undertrycka CCA1 och LHY . PRR9 aktiveras också av alternativ RNA-splitsning . När PRMT5 (en metyleringsfaktor ) förhindras från att metylera intron 2 av PRR9, inträffar en ramförskjutning som resulterar i för tidig trunkering.
PRR7 och PRR9 spelar också en roll i indragningen av A. thaliana till en temperaturcykel. Dubbelmuterade växter med inaktiverade PRR7 och PRR9 uppvisar extrem periodförlängning vid höga temperaturer men visar ingen förändring i period vid låga temperaturer. Inaktiveringen av CCA1 och LHY i PRR7/PRR9 -mutanter med förlust av funktion visar dock ingen förändring i period vid höga temperaturer - detta tyder på att PRR7 och PRR9 verkar genom överkompensation.
Interaktioner inom Arabidopsis
I A. thaliana föreslås den huvudsakliga återkopplingsslingan involvera en transkriptionsreglering mellan flera proteiner. De tre huvudkomponenterna i denna loop är TOC1 (även känd som PRR1), CCA1 och LHY. Varje enskild komponent toppar i transkriptioner vid olika tidpunkter på dagen. PRR 9, 7 och 5 minskar var och en signifikant transkriptionsnivåerna av CCA1 och LHY. På motsatt sätt ökar PRR 9 och 7 transkriptionsnivåerna av TOC1 något. Constans (CO) regleras också indirekt av PRR-proteinerna genom att sätta upp den molekylära mekanismen för att diktera den ljuskänsliga perioden på eftermiddagen. PRR är också kända för att stabilisera CO vid vissa tider på dagen för att mediera dess ackumulering. Detta resulterar i reglering av tidig blomning under kortare fotoperioder , vilket gör ljuskänslighet och kontroll av blomningstid viktiga funktioner för PRR-klassen.
Homologer
Paraloger
PPR3, PRR5, PRR7 och PRR9 är alla paraloger av varandra. De har liknande struktur och alla undertrycker transkriptionen av CCA1 och LHY. Dessutom kännetecknas de alla av sin brist på ett fosfoaccepterande aspartatställe. Dessa gener är också paraloger till TOC1, som alternativt kallas PRR1.
Ortologer
Flera pseudo-responsregulatorer har hittats i Selaginella, men deras funktion har ännu inte utforskats.
Mutanter
Eftersom PRR är en familj av gener har flera omgångar mutantscreening utförts för att identifiera varje möjlig fenotyp.
Rytmisk fenotyp
När det gäller klockans rytm i en frigångsinställning är PRR9 och PRR5 associerade med längre respektive kortare perioder. För varje gen förvärrar den dubbla mutanten med PRR7 observerade trender i rytmicitet. Trippelmutanten gör växten arytmisk.
Blomningstidens fenotyp
När det gäller blomningstid under långa dagar, gjorde alla mutanter den observerade blomningen sent, med PRR7 betydligt mer sent i jämförelse med de andra mutanterna. Alla dubbla mutanter med PRR7 såg mycket senare blomningstid än PRR5/PRR9-mutanten.
Ljuskänslighetsfenotyp
När det gäller ljuskänslighet, särskilt i rött ljus som är associerat med hypokotylförlängning, observerades alla PRR-mutanter vara hypokänsliga med PRR9 som visade sig vara mindre känsliga. Alla dubbla mutanter var lika i hyposensitivitet som PRR5- eller PRR7-mutanterna; trippelmutanten är extremt hypokänslig.
Framtida forskning
Ny forskning har visat att uttryck av klockgener visar vävnadsspecificitet. Att lära sig om hur, när och varför specifika vävnader visar vissa toppar i klockgener som PRR kan avslöja mer om de subtila nyanserna av varje gen i repressilatorn.
Få undersökningar av de cirkadiska oscillatormekanismerna hos andra arter än A. thaliana har ägt rum; Att lära sig vilka gener som är ansvariga för klockfunktioner hos andra arter kommer att ge mer insikt i likheter och skillnader i klockor mellan växtarter.
De mekanistiska detaljerna för varje steg i det växtbiologiska klockrepressilatorsystemet har ännu inte helt förståtts. En förståelse av dessa kommer att ge kunskap om klockfunktion och, över arter, öka förståelsen för de ekologiska och evolutionära funktionerna hos cirkadiska oscillatorer.
Dessutom kommer identifiering av direkta mål för PRR5, PRR7 och PRR9 som inte är CCA1 och LHY att ge information om de molekylära länkarna från PRR till utgående gener som blomningsvägen och metabolism i mitokondrier, som är CCA1-oberoende.