TOC1 (gen)
| Tidpunkt för CAB Expression 1- | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| identifierare | |||||||
| Organism | |||||||
| Symbol | APRR1 | ||||||
| Alt. symboler | TOC1, AtTOC1, MFB13.13, PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 1 | ||||||
| Entrez | 836259 | ||||||
| RefSeq (mRNA) | NM_125531.3 | ||||||
| RefSeq (Prot) | NP_200946.1 | ||||||
| UniProt | Q9LKL2 | ||||||
| Övriga uppgifter | |||||||
| Kromosom | 5: 24,69 - 24,7 Mb | ||||||
| |||||||
| toc1- | |
|---|---|
| gen | |
| Antal exoner | 6 |
| Antal introner | 5 |
| Storlek | 3,49 kb |
| mRNA | |
| storlek | 2713 bp |
| Protein | |
| Molekylvikt | 69,2 kDa |
| pi | 7.5 |
| Aminosyror | 618 |
| Plats i Arabidopsis | |
| Kromosom | 5 |
| Distans | 79,0 cM |
| Locus Tag | AT5G61380 |
Tidpunkt för CAB-uttryck 1 är ett protein som i Arabidopsis thaliana kodas av TOC1 -genen . TOC1 är också känd som tvåkomponentsvarsregulatorliknande APRR1 .
TOC1 var den första växtgenen som, när den muterades, gav en cirkadisk fenotyp. Den kodar för transkriptionsfaktorn TOC1, som påverkar perioden för växternas dygnsrytm : inbyggda, formbara svängningar som upprepas var 24:e timme. Genen kodar för en transkriptionell repressor , TOC1, en av fem pseudo-responsregulatorer (PRR) som förmedlar perioden för dygnsklockan i växter. TOC1-proteinet är involverat i klockans kvällsslinga, som är en repressilator som direkt hämmar transkription av morgonloopgenerna LHY och CCA1 . Toc1-genen uttrycks i de flesta växtstrukturer och celler och har sitt lokus på kromosom 5.
Historiska sammanhang
Upptäckt
TOC1-genen upptäcktes ursprungligen av prof. Andrew Millar och kollegor 1995 medan Millar var doktorand. Millar utvecklade en innovativ framåt genetisk skärm där han kopplade en bioluminescerande reporter, eldfluga ( luciferas ), till uttryck av CAB (klorofyll-a,b-bindande protein - se Ljusskördande komplex av gröna växter ) i Arabidopsis . Genom att mäta bioluminescens under dagen, fann Millar CAB-uttryck för att visa oscillerande mönster i konstant ljus och för att oscillera med en kortare period i toc1-muterade växter. Han kartlade också toc1-genen till kromosom 5. Dessa metoder och upptäckter publicerades i och presenterades på omslaget till Science i februari 1995.
Delvis eftersom de första studierna av klockgener utfördes i Drosophila på 1970-talet och sedan i däggdjur, trodde man ursprungligen att växtens dygnsklocka fungerade på samma sätt som däggdjursklockan. Hos däggdjur verkar positiva och negativa regulatoriska element i återkopplingsslingor för att driva cirkadiska svängningar; nämligen Per- och Cry-gener aktiveras av positiva element CLOCK och BMAL för att producera proteiner som, när de fosforyleras, fungerar som negativa element för att hämma CLOCK:BMAL-komplexet från dess aktiverande funktion. På så sätt hämmar Per och Cry sin egen transkription.
Däremot fann Millars grupp att TOC1-proteinet var en negativ regulator och att växtklockan var bättre modellerad som en repressilator - ett system där en gen undertrycker en annan och i sin tur undertrycks av nästa och bildar en ömsesidigt beroende, oscillerande gen nätverk. Detta fynd uppnåddes genom 1) Arabidopsis- mutanter med konstitutivt (alltid påslagen) toc1- genuttryck , som visade minskad mRNA-överflöd i både morgonloopgenerna prr7 och 9, cca1, och lhy- och kvällsloopgenerna gi och elf4; och 2) växter med mutationer i toc1 och växter där RNAi användes för att slå ut toc1. Dessa mutanter utan funktionell toc1 visade en avancerad fas för lhy, vilket tyder på mindre repression i frånvaro av TOC1-protein.
En studie av Carl Strayer och kollegor fann att toc1-genens transkriptionella engagemang förkortade dygnsrytmer i konstant mörker utöver konstant ljus, och att TOC1 var dygnsrytmreglerad och involverad i regleringen av sin egen återkopplingsslinga.
Evolutionshistoria
- Homologer
Homologer av TOC1 har hittats i Lyrate rockcress, Brassica , papaya , gurka , jordgubbe , sojaböna , lotus , äpple , persika , västernpoppel ( populus ), ricinböna , tomat , potatis , vinranka och kikärtor .
- Polymorfismer
21 polymorfismer har hittats i Arabidopsis , inklusive substitutioner, insättningar och deletioner.
Proteinegenskaper
Strukturella motiv
Liksom de andra fyra PRR-proteinerna som finns i Arabidopsis , är TOC1 beläget i kärnan och använder en pseudo-mottagare (PR) domän i N-terminalen och en CONSTANS, CONSTANS-LIKE och TOC1 (CCT) domän vid C-terminalen . Genom sin CCT-domän kan TOC1 direkt binda DNA , och PR-domänen är ansvarig för transkriptionell repressionsaktivitet.
Funktioner och interaktioner
TOC1 binder till G-box- och EE-motiv-promotorregionerna av gener involverade i både morgon- och kvällstranskriptions-translationsåterkopplingsslingorna som driver växtens dygnsklocka; dessa gener inkluderar PRR7 och 9, CCA1 och LHY i morgonåterkopplingsslingan och GI och ELF4 i kvällsslingan. Diskret induktion av TOC1-genuttryck resulterar i minskat CCA1- och PRR9-uttryck, vilket indikerar att TOC1 spelar en repressiv snarare än stimulerande roll vid reglering av dygnsgenuttryck. Undertryckande av morgonloopgener lhy och cca1 förutspåddes genom beräkningsmodellering och var beviset som behövdes för att omdefiniera toc1:s roll i växtklockan som en del av en trippel negativ komponent repressilatormodell snarare än ett positivt/negativt elementsystem av den sort man ser hos däggdjur.
Bindningsmönstret för TOC1:s CCT-domän uppvisar cirkadiska svängningar, med maximal bindning till G-box- och EE-motiv - promotorregioner som binder transkriptionsfaktorer - som inträffar vid CT15 i växtens tidiga subjektiva natt. Det visades genom förlusten av bindningsrytmer i Arabidopsis- mutanter med konstitutivt TOC1-uttryck att oscillationer i TOC1-bindning regleras av proteinets överflöd.
TOC1 verkar också vara involverad i en återkopplingsslinga med abscisinsyra , ett nyckelhormon som är involverat i utveckling och stressrespons. Arabidopsis- växter på vilka olika mängder ABA applicerades visade motsvarande skillnader i TOC1-uttryck och i dygnsperiodens längd. Genom beräkningsmodellering av denna återkopplingsslinga visades TOC1 vara en klockbaserad påverkan på mönster av stomiöppning och stängning, vilket traditionellt har beskrivits som en huvudsakligen ABA-reglerad process.
Post-translationella modifieringar
Under dygnscykeln är TOC1 differentiellt fosforylerad , med toppfosforylering som inträffar under natten. I det högfosforylerade tillståndet har TOC1 en högre bindningsaffinitet till F-box-proteinet ZEITLUPE (ZTL). Förutom att kontrollera TOC1-ZTL-interaktioner ökar fosforylering av N-terminalen av TOC1-protein interaktionen med PRR3, ett av de fem PRR-proteinerna som finns i Arabidopsis . Från studier med ztl-1-mutanter, som har en enda missense-mutation i kelch-domänen av proteinet och effektivt orsakar en ztl- noll-mutation , har TOC1-protein visat sig stabiliseras och TOC1-cykling i stort sett eliminerats. Även om fosforylering av TOC1-protein stabiliserar interaktioner med ZTL, ökar den också TOC1:s affinitet för PRR3. Detta skyddar slutligen TOC1 från ZTL-medierad nedbrytning. PRR3 fungerar som en kompetitiv hämmare för ZTL-TOC1-interaktionen, eftersom bindning av TOC1 till PRR3 resulterar i minskad TOC1-substrattillgänglighet för ZTL-beroende nedbrytning. Detta resulterar i en ökad amplitud av TOC1-cykling, vilket innebär att stabil TOC1-cykling är beroende av ZTL-nedbrytning förutom transkriptionsregleringskontroller.
Jordbruksbruk
För att mest effektivt använda miljöresurser som ljus, synkroniserar växter i allmänhet sina dygnsrytmer för att matcha perioden för miljön. I en studie publicerad 2005 visades det att växter vars dygnsperiod matchade perioden för ljus-mörkercykeln i sin miljö hade ökat fotosyntesen och tillväxten. Med hjälp av denna kunskap kan botaniker dra fördel av en mutation i toc1-genen som har visat sig minska en växts period. Det är troligt att dessa toc1-mutanter lätt kan användas för att producera växter på kortare tid, med en mindre mängd energi.
externa länkar
- "TOC1 - tvåkomponentsvarsregulatorliknande APRR1" . WikiGenes.