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Identifikation von trans-Faktoren der mitochondrialen 5' mRNA Prozessierung in Arabidopsis thaliana

Dr. rer. nat. Christian Jonietz

Mitochondrien sind ca. 1,5 µm große Organellen, die gemeinhin als Kraftwerke der Zellen bezeichnet werden. Man geht heute davon aus, dass sie vor etwa vor etwa 1,5 Mrd. Jahren durch Endosymbiose eines α-Proteobakteriums und eines halophilen Archaeons entstanden sind, weshalb sie auch heute noch ein eigenes Genom besitzen.
Im Laufe der Evolution sind allerdings die meisten der im Mitochondrium kodierten Gene entweder verloren gegangen oder in den Zellkern übertragen worden. So kodiert die mitochondriale DNA der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) für etwa 57 Gene.
Darunter befinden sich ribosomale RNAs und tRNAs, die für die mitochondriale Proteinbiosynthese notwendig sind, sowie proteinkodierende Gene, die für die Biogenese und Funktion der Mitochondrien als Energielieferanten der Zelle von essentieller Bedeutung sind.

Die Expression mitochondrialer Gene ist ein komplexer Vorgang. Bei der Transkription entstehen Vorläufer-RNAs, die mehrere Reifungsschritte durchlaufen bis eine reife messenger RNA ensteht. Einer dieser Schritte ist die Verkürzung der Vorläufer-RNA an den 5'- und 3' Enden. Da die in den Mitochondrien kodierte genetische Information auf ein Minimum reduziert ist, erfordert diese Prozessierung den Import von regulativen Faktoren aus dem Zellkern in die Organellen. Eine Analyse von natürlichen Varianten von Arabidopsis (Ökotypen) ergab, dass sogar innerhalb einer Art Unterschiede in der 5' Endprozessierung der mitochondrialen RNAs auftreten können. Diese Unterschiede sind durch Ökotyp-spezifische genetische Variabilität der an der Prozessierung beteiligten kernkodierten Proteine bedingt.

Bisher war noch kein Faktor bekannt, der an der 5' mRNA Prozessierung von Transkripten pflanzlicher Mitochondrien beteiligt ist. In meiner Arbeit ist es gelungen, das erste Gen für einen solchen RNA-Prozessierungsfaktor zu identifizieren. Dieser Faktor gehört zu den sogenannten „Restorer of fertility“ Proteinen. Diese sind bei der Herstellung von Hybridsaatgut und damit der Steigerung des landwirtschaftlichen Ertrags von großer Bedeutung.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sind im international renommierten Fachmagazin „The Plant Cell“ publiziert worden. Weitere Ergebnisse wurden in „The Plant Journal“ veröffentlicht.

Abb. 1: Schema des möglichen Ablaufs der 5' Endprozessierung von prä-mRNAs in Mitochondrien von Arabidopsis thaliana. Ein RNA Prozessierungsfaktor (RPF) erkennt ein cis- Element auf der prä-mRNA, bindet dieses und rekrutiert ein RNA-spaltendes Enzym (Endonuklease Endo X). Dies führt zur endonukleolytischen Prozessierung der prä-mRNA wodurch die reife mRNA gebildet wird.
Abb. 1: Schema des möglichen Ablaufs der 5' Endprozessierung von prä-mRNAs in Mitochondrien von Arabidopsis thaliana. Ein RNA Prozessierungsfaktor (RPF) erkennt ein cis- Element auf der prä-mRNA, bindet dieses und rekrutiert ein RNA-spaltendes Enzym (Endonuklease Endo X). Dies führt zur endonukleolytischen Prozessierung der prä-mRNA wodurch die reife mRNA gebildet wird.

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