Identifizierung neuer cis-regulatorischer Elemente durch bioinformatische und experimentelle Analyse Pathogen-induzierbarer Gene

Koschmann, Jeannette

Das Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung neuer konservierter, Pathogen-responsiver cis-Elemente. Dazu wurden Microarrayexperimente der Modellpflanze Arabidopsis thaliana genutzt. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war die bioinformatische Aufarbeitung der Microarrayexperimente und die Entwicklung von Softwaretools zur Identifizierung Pathogen-koregulierter Gene. Es wurden 510 Datensätze mit koregulierten Genen erhalten. Mit dem Softwarepaket BEST wurden 407 verschiedene Sequenzmotive in den Promotoren der koregulierten Gene detektiert. Mit Hilfe des Webservers STAMP wurden die Motive in 37 Motivgruppen klassifiziert. Mit diesen Motivgruppen wurden Familienprofile gebildet, die die Einzelsequenzen aller zugehörigen Motive enthalten. Die Familienprofile sowie die einzelnen Motive wurden mit in Datenbanken verfügbaren cis-Elementen bzw. Transkriptionsfaktorbindungsstellen verglichen. Unter den 407 detektierten Motiven eine große Anzahl an Motiven identifiziert, welche keine Homologie zu bekannten Transkriptionsfaktorbindungsstellen aufwiesen. Diese wurden für die Identifizierung neuer Pathogen-responsiver cis-Elemente eingesetzt. Dazu wurden aus diesen Motiven 17 Einzelsequenzen für eine experimentelle Untersuchung ausgewählt. Diese Sequenzen haben eine große Ähnlichkeit zum identifizierten Motiv liegen nah am Transkriptionsstart des jeweiligen Gens und besitzen keine Homologie zu cis-Elementen oder Transkriptionsfaktor-Bindestellen mit einem Pathogenbezug. Zusammenfassend ergab sich, dass drei der 17 Einzelsequenzen in einem Petersilien-Protoplasten System durch den Elicitor Pep25 induzierbar sind. Im homologen Arabidopsis-Protoplasten System sind ebenfalls drei Einzelsequenzen durch Flg22-, AtPep1- und AtPep2 induzierbar. In einem Agrobakterien-Infiltrationssystem sind sechs Einzelsequenzen funktionell. Diese Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, aus bioinformatischen Analysen neue Pathogen-responsive Elemente aus Promotoren koregulierter Gene zu identifizieren.

Goal of this work was the identification of new and conserved pathogen-responsive cis-elements. For this, microarray experiments of the model plant Arabidopsis thaliana were used. A focus of this work was the bioinformatic processing of the microarray experiments and the development of software-tools for the identification of pathogen-coregulated genes. With these, 510 datasets were obtained. With the software-package BEST 407 different sequence motifs were detected in the promoters of these coregulated genes. With the web-server STAMP, these motifs were classified into 37 motif groups. With these motif groups, familiy profiles were formed which contained all sequences of the respective motifs. These family profiles and the single motifs were compared with databases of available cis-elements and transcription factors binding sites. Among the 407 motifs, a large number did not show homology to known transcription factor binding sites. These were employed for the identification of pathogen-responsive cis-elements. For this, 17 single sequences were selected from these motifs. These sequences have a high similarity to the identified motif, are located close to the transcription start site, and do not have homology to pathogen-related cis-sequences or transcription factor binding sites. In summary, three of the 17 sequences are Pep25 elicitor-responsive in a parsley protoplast system. In a homologous Arabidopsis protoplast system, also three sequences are induced by Flg22, AtPep1, and AtPep2. In an Agrobacterium infiltration experiment, six sequences are functional. These results show the possibility that bioinformatics analysis yield novel pathogen-responsive elements from promoters of coregulated genes.

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Koschmann, Jeannette: Identifizierung neuer cis-regulatorischer Elemente durch bioinformatische und experimentelle Analyse Pathogen-induzierbarer Gene. 2011.

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