Extraplastidial cytidinediphosphate diacylglycerol synthases of Arabidopsis thaliana

Zhou, Yonghong; Frentzen, Margarete

doi:999910316792

Extraplastidial cytidinediphosphate diacylglycerol synthases of Arabidopsis thaliana = Extraplastidäre Cytidindiphosphat-Diacylglycerin-Synthasen aus Arabidopsis thaliana

Zhou, Yonghong

2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Yonghong Zhou

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

Umfang107 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Frentzen, Margarete (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-08-26

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47528
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/228944/files/4752.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Schmalwand <Arabidopsis> (Genormte SW) ; Ackerschmalwand (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Cytidindiphosphat-Diacylglycerol-Synthase (frei) ; Phosphatidylinositol (frei) ; Phosphatidylglycerin (frei) ; Membranlipid-Zusammensetzung (frei) ; cytidinediphosphate diacylglycerol synthase (frei) ; phosphatidylinositol (frei) ; phosphatidylglycerol (frei) ; membrane lipid composition (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Cytidindiphosphat-Diacylglycerin-Synthasen (CDS) katalysieren den Transfer einer Cytidylyl-Gruppe von Cytidintriphosphat (CTP) auf Phosphatidylsäure, sodass Cytidindiphosphat-Diacylglycerin (CDP-DAG), ein wichtiges Intermediat in der Glycerolipid-Biosynthese pro- und eukaryotischer Organismen, gebildet wird. CDP-DAG dient als Vorstufe anionischer Phosphoglycerolipide wie Phosphatidylinositol, Phosphatidylglycerin und Cardiolipin. In Pflanzenzellen sind CDS-Isoenzyme in den Plastiden-Hüllmembranen, den inneren Mitochondrien-Membranen und den Mikrosomen, insbesondere im Endoplasmatischen Retikulum, lokalisiert. Die Gene, die für die CDS-Isoenzyme kodieren, gehören zu einer kleinen Genfamilie von der sich fünf Gene in Arabidopsis thaliana wiederfinden. Zwei dieser Gene codieren für die plastidären CDS-Isoformen und sind essentiell für die plastidiäre Phosphatidylglycerin-Biosynthese. In dieser Arbeit wuden die Gene CDS1, CDS2 und CDS3 untersucht, welche für die Extraplastidären CDS-Isoformen kodieren. Es konnte gezeigt werden, dass diese Enzyme integrale Membranproteine des Endoplasmatischen Retikulums darstellen und ähnliche enzymatische Eigenschaften wie die plastidären Isoformen besitzen. Im Unterschied zum CDS3 Gen, das nur in der generativen Wachstumsphase nachweisbar war, wurden die CDS1 und CDS2 Gene konstitutiv exprimiert. Arabidopsis-Einzelmutanten, in denen entweder CDS1 oder CDS2 ausgeschaltet waren, zeigten einen ähnlichen Phänotyp wie der Wildtpys, wohingegen die cds1/cds2-Doppelmutante bereits einen lethalen Phänotyp im Keimlingsstadium aufwies. Durch funktionale Expression von CDS1 oder CDS2 cDNA konnte der Phänotyp der Doppelmutante komplementiert werden. Die Gene besitzen daher zwar reduntante aber unverzichtbare Funktionen. Die Analyse der cds1/cds2-Mutante zeigte, dass die Zellteilung und die Entwicklung der Mutante stark gehemmt war. In vivo Markierungsversuche der Phospholipide und die Lipid-Zusammensetzung in der stationären Wachstumsphase zeigten eine starke Akkumulation von Phosphatidylsäure und eine Abnahme der Phosphatidylinositol-Konzentration, was wahrscheinlich auf den Verlust der mikrosomalen CDS-Aktivität zurückzuführen ist.

Cytidinediphosphate diacylglycerol synthase (CDS) catalyzes the transfer of a cytidylyl group from CTP to phosphatidic acid so that CDP-diacylglycerol, an important intermediate in glycerolipid biosynthesis of prokaryotic and eukaryotic organisms, is formed. It serves as precursor of anionic phosphoglycerolipids such as phosphatidylinositol, phosphatidylglycerol and cardiolipin. In plant cells CDS isozymes are located in the envelope membranes of plastids, in the inner mitochondrial membranes and microsomes, especially the ER. These CDS isozymes are encoded by a small gene family that comprises five members in Arabidopsis thaliana, two of which have previously been shown to code for the plastidial isoforms and be essential for the biosynthesis of plastidial phosphatidylglycerol. In this work the focus have been on the extraplastidial CDS, encoded by CDS1, CDS2 and CDS3. These enzymes were demonstrated to be the integral membrane proteins of the ER and possess similar enzymatic properties. Unlike the CDS3 gene, the expression of which was only detectable during the generative growth phase, CDS1 and CDS2 genes are constitutively expressed. Single Arabidopsis mutants lacking either CDS1 or CDS2 showed a wild type phenotype whereas disruption of both genes led to a seedling lethal phenotype, which can be complemented by functional expression of either CDS1 or CDS2 cDNA in the mutants. Hence these genes have redundant but indispensible functions. Analyses of cds1cds2 showed that the cell division and expansion were arrested in the mutant. Based on data from phospholipid labeling and steady state lipid composition, the dramatic accumulation of phosphatidic acid and the decrease of phosphatidylinositol are probably the reasons for the severe consequence of Arabidopsis losing the microsomal CDS functions.

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