Nukleation pflanzlicher Mikrotubuli: Expression relevanter Gene

Die wichtigsten Bestandteile des Cytoskeletts in pflanzlichen Zellen sind die Actinfilamente und die Mikrotubuli. Die Mikrotubuli spielen in der Organisation und der Morphogenese von pflanzlichen Zellen eine wichtige Rolle. Sie sind zusammen mit den Cellulosefibrillen an der Formgebung der Pflanzenzelle beteiligt. Sie bilden das Präprophaseband, das die Zellteilungsebene bestimmt und die Mitosespindel, die für die Trennung der Chromosomen sorgt, sowie den Phragmoplasten, der die Zellwand zwischen den Tochterzellen bildet. Weiterhin geben die Mikrotubuli durch Interaktion mit den Cellulose-Synthase-Komplexen die Richtung der Zellexpansion vor (GRANGER und CYR, 2001; LLOYD und CHAN, 2002; BASKIN, 2002). Die Mikrotubuli sind auch an der Stabilisierung der Zellform und an Transportprozessen beteiligt. Als Bestandteil der Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs) wurde das γ-Tubulin identifiziert, das sehr wahrscheinlich an der Nukleation der Mikrotubuli beteiligt ist, indem es die Assemblierung der αβ-Tubulindimere zu Mikrotubuli einleitet. In tierischen Zellen ist durch intensive Forschung inzwischen relativ viel über die Funktion von γ-Tubulin, vor allem im Verlauf der Zellteilung bekannt, wie z. B. die Lokalisation in Centrosomen mit ihren paarweise angeordneten Centriolen, die die MTOCs darstellen. In pflanzlichen Zellen sind bisher nur wenige Funktionen des Proteins hinreichend geklärt. Die höheren Pflanzen besitzen keine Centriolen und keine Centrosomen. Über die Zellteilung hinaus gibt es kaum Anhaltspunkte über das Vorhandensein oder eventuelle Aufgaben von γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellkulturen und Pflanzengeweben. In dieser Arbeit wurde die Expression über PCR und die Messung des Proteingehalts von cytoskelett-relevanten Proteinen in den Entwicklungsstadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und von Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) von Nicotiana tabacum gemessen. Primäres Ziel war es eine Aussage zu erhalten, in welchem Ausmaß γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellen noch exprimiert wird und ob bzw. wie eine Regulation (transkriptionell oder posttranskriptionell) des γ-Tubulins in der Pflanze stattfindet. Für den Nachweis des γ-Tubulins auf der Proteinebene wurde ein pflanzenspezifischer γ-Tubulin Antikörper zu entwickelt. Bei diesem Antikörper handelte es sich um einen polyklonalen Antikörper, der spezifisch gegen eine Sequenz in pflanzlichem γ-Tubulin gerichtet ist. Dabei zeigte der in der Arbeit entwickelte Antikörper gegen die pflanzliche JOSHI-Domäne spezifische Signale. Der erfolgte Nachweis von γ-Tubulin auf der Proteinebene und der Transkripte zeigte bis in die ältesten untersuchten Stadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und in Geweben der Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) deutliche Signale für γ-Tubulin. Es war somit nicht nur in meristematisch aktiven Zellen und Geweben von Nicotiana tabacum, sondern auch in nichtmitotischen Zellen und Geweben vorhanden. Hierbei war über die Phasen der Zellteilung und der Zellformgebung hinweg auf beiden Ebenen eine parallele Entwicklung mit relativ konstanten starken Signalen zu beobachten. Nach dem Einstellen der Teilungsaktivität fiel der Gehalt an mRNA deutlich ab. Dabei nahm die Konzentration des Proteins im Vergleich zur mRNA zeitlich verzögert ab. Diese Ergebnisse bei der Zellsuspensionskultur (BY-2) und Tabakpflanze (SR1) gehen mit der möglichen Nukleationstätigkeit des Proteins konform. Es waren geringere aber doch deutlichen Signale bei Absterbenden Zellen der Zellkultur, bzw. bei expandierenden und voll expandierten und seneszenten Blättern der Tabakpflanze (SR1) nachzuweisen. Dies lässt die Folgerung zu, dass die nachgewiesene mRNA von γ-Tubulin nicht posttranskriptionell reguliert wird, sondern dass das γ-Tubulin auch eine wichtige Rolle außerhalb der Zellteilung in den postmitotischen Stadien, z. B. als organisierender Faktor bei der Umgestaltung oder Stabilisierung des Mikrotubuli-Cytoskeletts, spielt. Der γ-Tubulin-Gehalt in den Geweben der SR1-Pflanze zeigte über die Zellkultur hinaus, dass die Expression von α-Tubulin nach Einstellen der Teilungsaktivität kontinuierlich abnimmt. Dieses Ergebnis legt die Vermutung nahe, dass γ-Tubulin in älteren Blattgeweben zusätzliche Aufgaben übernehmen könnte, die nicht auf eine gleichzeitige Expression von α-Tubulin angewiesen sind. So kann beispielsweise eine Beteiligung von γ-Tubulin an der Stabilisierung der Mikrotubuli, und damit einhergehend eine Abnahme der dynamischen Instabilität dieser Filamente, eine denkbare Funktion des Proteins in expandierendem und voll expandiertem Gewebe sein. Die Aufgaben von γ-Tubulin in sehr altem Gewebe mit deutlichen Anzeichen der Seneszenz können allerdings nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht eindeutig beantwortet werden und bedürfen weitergehenden Untersuchungen, da dadurch ein die Komplexität und die Dynamik des pflanzlichen Cytoskeletts geklärt werden kann.

In vitro synthesis of the light-harvesting complex into artificial membrane systems

In green plants, the function of collecting solar energy for photosynthesis is fulfilled by a series of light-harvesting complexes (LHC). The light-harvesting chlorophyll a/b protein (LHCP) is synthesized in the cytosol as a precursor (pLHCP), then imported into chloroplasts and assembled into photosynthetic thylakoid membranes. Knowledge about the regulation of the transport processes of LHCP is rather limited. Closely mimicking the in vivo situation, cell-free protein expression system is employed in this dissertation to study the reconstitution of LHCP into artificial membranes. The approach starts merely from the genetic information of the protein, so the difficult and time-consuming procedures of protein expression and purification can be avoided. The LHCP encoding gene from Pisum sativum was cloned into a cell-free compatible vector system and the protein was expressed in wheat germ extracts. Vesicles or pigment-containing vesicles were prepared with either synthetic lipid or purified plant leaf lipid to mimic cell membranes. LHCP was synthesized in wheat germ extract systems with or without supplemented lipids. The addition of either synthetic or purified plant leaf lipid was found to be beneficial to the general productivity of the expression system. The lipid membrane insertion of the LHCP was investigated by radioactive labelling, protease digestion, and centrifugation assays. The LHCP is partially protected against protease digestion; however the protection is independent from the supplemented lipids.

Mechanistic study of the effects of 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) on reporter gene expression in mammalian cells

DNA damage causes replication errors, leading to genetic instability or cell death. Besides that, many types of DNA base modifications have been shown to interfere with transcriptional elongation if they are located in the transcribed DNA strand of active genes, acting as roadblocks for RNA polymerases. It is widely assumed that transcription blockage by endogenous DNA damage is responsible for the early cell senescence in organs and accelerated ageing observed in individuals with compromised nucleotide excision repair.rnThe aims of this work were to design new experimental systems for testing transcription blocking potentials of DNA base modifications in an individual gene and to apply these test systems to the investigation of the effects of a frequent endogenously generated base modification, namely 8-oxo-7,8-hydroxyguanine (8-oxoG), on the gene transcription in cells. Several experimental strategies were employed for this purpose. First, I constructed an episomal vector encoding for a short-lived EGFP-ODC fusion protein and measured expression of the reporter gene in permanently transfected clonal cell lines exposed to DNA damaging agents. Second, the expression of plasmid-borne EGFP gene damaged with photosensitisers to obtain one or several oxidative purine modifications per plasmid molecule was determined in transiently transfected human and mouse host cells in an approach known as “host cell reactivation”. As a prerequisite for these experiments, a robust method of precise quantitative measurement of the EGFP gene expression in transiently transfected cells by flow cytometry was developed and validated. Third, I elaborated a very efficient procedure for insertion of synthetic oligonucleotides carrying 8-oxoG into plasmid DNA, avoiding any unwanted base damage and strand breaks. The consequences of 8-oxoG placed in defined positions in opposing DNA strands of the EGFP gene for transcription were measured by host cell reactivation in cells with functional 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) gene and in OGG1 null cells.rnThe results obtained in Ogg1-/- cells demonstrated that unrepaired 8-oxoG, even if situated in the transcribed DNA strand, does not have any negative effect on the reporter gene transcription. On the other hand, as few as one 8-oxoG was sufficient to cause a significant decrease of the gene expression in OGG1-proficient cell lines, i.e. in the presence of base excision repair. For two analysed positions of 8-oxoG in the plasmid DNA, the inhibition of gene transcription by the base modification correlated with the efficiency of its excision by purified OGG1 protein under cell-free conditions. Based on these findings, it has to be concluded that the observed decrease of transcription is mediated by excision of the base modification by OGG1 and probably caused by the repair-induced single-strand breaks. The mechanism of transcription inhibition by 8-oxoG is therefore clearly distinct from stalling of elongating RNA polymerase II complexes at the modified base.

Untersuchungen zur Lokalisation und Expression des respiratorischen Proteins Neuroglobin bei Säugetieren

In der vorliegenden Arbeit wurde Neuroglobin (Ngb), ein evolutiv altes und in Metazoen konserviertes respiratorisches Protein, funktionell untersucht. Mittels des induzierbaren Tet on / Tet off Systems wurde Ngb ektopisch in der murinen Leber und im Gehirn überexprimiert. Die Transkriptome von Leber und Gehirnregionen Ngb-transgener Mäuse wurden mittels Microarrays und RNA-Seq im Vergleich zum Wildtyp analysiert, um Auswirkungen der Ngb-Überexpression zu ermitteln. Die Transkriptom-Analyse in Leber und Gehirn zeigte eine nur geringe Anzahl differenziell regulierter Gene und Stoffwechselwege nach Ngb-Überexpression. Ngb transgene Mäuse wurden CCl4-induziertem ROS-Stress ausgesetzt und die Leberfunktion untersucht. Zudem wurden primäre Hepatozyten-Kulturen etabliert und in diesen in vitro die extrinsische Apoptose induziert. Die Stressversuche zeigten: (i) Die Ngb-Überexpression hat keine protektive Wirkung in der Leber in vivo. (ii) In Leberzellen in vitro hingegen verminderte eine Ngb-Überexpression effizient die Aktivierung der apoptotischen Kaskade. Eine protektive Wirkung von Ngb ist vermutlich von betrachtetem Gewebe und dem verwendeten Stressor abhängig und keine generelle, selektierte Funktion des Proteins.rnWeiterhin wurde eine Ngb-KnockOut-Mauslinie mit einem LacZ-KnockIn-Genotyp etabliert. Hierbei zeigten die KO-Mäuse keinen offensichtlichen Phänotyp in ihrer Entwicklung, Fortpflanzung und Retina-Funktion. Unter Verwendung des LacZ-Knockin-Konstrukts konnten kontrovers diskutierte Ngb-Expressionsorte im adulten Mausgehirn (Hippocampus, Cortex und Cerebellum) sowie in Testes experimentell bestätigt werden. Parallel wurden öffentlich verfügbare RNA-Seq Datensätze ausgewertet, um die regionale Ngb-Expression systematisch ohne Antikörper-assoziierte Spezifitätsprobleme zu charakterisieren. Eine basale Ngb-Expression (RPKM: ~1-5) wurde im Hippocampus, Cortex und Cerebellum, sowie in Retina und Testes ermittelt. Eine 20-40fach höhere, starke Expression (RPKM: ~160) wurde im Hypothalamus bzw. im Hirnstamm nachgewiesen. Die „digitale“ Expressionsuntersuchung wurde mittels qRT-PCR und Western Blot bestätigt. Dieses Expressionsprofil von Ngb in der Maus weist auf eine besondere funktionelle Bedeutung von Ngb im Hypothalamus hin. Eine Funktion von Ngb in der Sauerstoffversorgung der Retina und eine generelle Funktion von Ngb in der Protektion von Neuronen sind mit dem beobachteten Expressionsspektrum weniger gut vereinbar.

Rolle der gemeinsamen Expression von AML1-ETO und weiteren Onkogenen für die Induktion von Leukämie

Akute Leukämien treten in allen Altersstufen auf. Akute lymphatische Leukämie (ALL) ist die häufigste Leukämie bei Kindern, während akute myeloischen Leukämien (AML) mit verschiedenen Untergruppen etwa 80% aller akuten Leukämien bei Erwachsenen ausmachen. Die Translokation t(8;21) resultiert in der Entstehung des Fusionsgens AML1-ETO und zählt zu den häufigen Translokationen bei der AML. Dabei fusioniert die DNA-bindende Domäne des AML1 mit dem fast kompletten ETO-Protein. AML1-ETO wirkt als dominanter Repressor der AML1-vermittelten transkriptionellen Regula-tion wichtiger hämatopoetischer Zielgene. Klinische Daten legen nahe, dass trotz der klarer Assoziation zwischen AML und der t(8;21) Translokation bei AML Patienten zusätzliche genetische Veränderungen – so genannte ‚second hits‘ – notwendig sind, um eine Leukämie effizient zu induzieren. Klinisch relevanten Komplimentationsonkogene sind unter anderen die aktivierte Rezeptortyrosinkinase FLT3, JAK2, NRAS, KRAS, c- KIT.rnZiel der vorliegenden Arbeit war es, ein Mausmodell zu etablieren, welches humane akute myeloische Leukämie rekapituliert und bei dem die Expression der entsprechen-den Onkogene reguliert werden kann. Als erstes wurde untersucht, ob eine gemeinsame Expression von AML1-ETO mit kRASG12D zur Induktion von Leukämie führen kann. Hierfür wurden Tiere generiert die gemeinsam AML1-ETO und kRASG12D unter der regulatorischen Sequenz des Tetrazyklin-Operators exprimierten. Der große Vorteil dieser Technologie ist die regulierbare Reversibilität der Genexpression. Um die Ex-pression der Zielgene auf blutbildende Zellen zu beschränken, wurden Knochenmark-chimären hergestellt. Im Beobachtungszeitraum von 12 Monaten führte die Expression von AML1-ETO und AML1-ETO/kRASG12D nicht zur Induktion einer akuten Leukä-mie. Die normale hämatopoetische Entwicklung war jedoch in diesen Tieren gestört. Der beobachtete Phänotyp entsprach einem myelodysplastischen Syndrome (MDS).rnIm zweiten Ansatz, wurden Tiere generiert die gemeinsam AML1-ETO und FLT3-ITD exprimierten. Hierfür wurden hämatopoetische Stammzellen aus ROSA26-iM2/tetO-AML1-ETO isoliert und mit Hilfe des retroviralen Vektors mit FLT3-ITD transduziert. In diesem Modell war es möglich, in kurzer Zeit eine akute Leukämie mit zu induzieren. Einige wenige Tiere hatten zum Zeitpunkt des Todes Anzeichen einer biphänotypischen Leukämie mit lymphatischen und myeloischen Blastenpopulationen. In drei Tieren in-duzierte die alleinige Expression von FLT3-ITD eine Leukämie. Alle Leukämien wurden durch FACS, Zytologie und Histopathologie bestätigt. Knochenmark- bzw. Milzzellen aus den erkrankten Tieren waren in der Lage nach Transfer in sekundäre Rezipienten eine Leukämie auszulösen. Somit besaßen sie ein uneingeschränktes Selbsterneue-rungspotential.rnEin erster Versuch, in dem AML1-ETO Expression in leukämischen Zellen abgeschaltet und FLT3-ITD mit Tyrosinkinase-Inhibitor inhibiert wurde, zeigte keine wesentliche Veränderung in der Leukämieprogression.rnDieses Leukämiemodell erlaubt die Rolle der beteiligten Onkogene während verschie-dener Stadien der Leukämie zu erforschen und damit möglicherweise neue Ansätze für Therapiestrategien zu entwickeln.

Single-cell gene-expression profiling reveals qualitatively distinct CD8 T cells elicited by different gene-based vaccines

CD8 T cells play a key role in mediating protective immunity against selected pathogens after vaccination. Understanding the mechanism of this protection is dependent upon definition of the heterogeneity and complexity of cellular immune responses generated by different vaccines. Here, we identify previously unrecognized subsets of CD8 T cells based upon analysis of gene-expression patterns within single cells and show that they are differentially induced by different vaccines. Three prime-boost vector combinations encoding HIV Env stimulated antigen-specific CD8 T-cell populations of similar magnitude, phenotype, and functionality. Remarkably, however, analysis of single-cell gene-expression profiles enabled discrimination of a majority of central memory (CM) and effector memory (EM) CD8 T cells elicited by the three vaccines. Subsets of T cells could be defined based on their expression of Eomes, Cxcr3, and Ccr7, or Klrk1, Klrg1, and Ccr5 in CM and EM cells, respectively. Of CM cells elicited by DNA prime-recombinant adenoviral (rAd) boost vectors, 67% were Eomes(-) Ccr7(+) Cxcr3(-), in contrast to only 7% and 2% stimulated by rAd5-rAd5 or rAd-LCMV, respectively. Of EM cells elicited by DNA-rAd, 74% were Klrk1(-) Klrg1(-)Ccr5(-) compared with only 26% and 20% for rAd5-rAd5 or rAd5-LCMV. Definition by single-cell gene profiling of specific CM and EM CD8 T-cell subsets that are differentially induced by different gene-based vaccines will facilitate the design and evaluation of vaccines, as well as enable our understanding of mechanisms of protective immunity.

VEGF over-expression in skeletal muscle induces angiogenesis by intussusception rather than sprouting

Therapeutic over-expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) can be used to treat ischemic conditions. However, VEGF can induce either normal or aberrant angiogenesis depending on its dose in the microenvironment around each producing cell in vivo, which limits its clinical usefulness. The goal herein was to determine the cellular mechanisms by which physiologic and aberrant vessels are induced by over-expression of different VEGF doses in adult skeletal muscle. We took advantage of a well-characterized cell-based platform for controlled gene expression in skeletal muscle. Clonal populations of retrovirally transduced myoblasts were implanted in limb muscles of immunodeficient mice to homogeneously over-express two specific VEGF(164) levels, previously shown to induce physiologic and therapeutic or aberrant angiogenesis, respectively. Three independent and complementary methods (confocal microscopy, vascular casting and 3D-reconstruction of serial semi-thin sections) showed that, at both VEGF doses, angiogenesis took place without sprouting, but rather by intussusception, or vascular splitting. VEGF-induced endothelial proliferation without tip-cell formation caused an initial homogeneous enlargement of pre-existing microvessels, followed by the formation of intravascular transluminal pillars, hallmarks of intussusception. This was associated with increased flow and shear stress, which are potent triggers of intussusception. A similar process of enlargement without sprouting, followed by intussusception, was also induced by VEGF over-expression through a clinically relevant adenoviral gene therapy vector, without the use of transduced cells. Our findings indicate that VEGF over-expression, at doses that have been shown to induce functional benefit, induces vascular growth in skeletal muscle by intussusception rather than sprouting.

Regulation of woody plant development by gibberellin catabolic and signaling genes

Gibberellin (GA) is a growth promoting hormone implicated in regulating a diversity of plant processes. This dissertation examines the role of GA metabolic and signaling genes in woody plant growth and development. Transgenic modifications, expression analysis, physiological/biochemical assays, biometric measurements and histological analysis were used to understand the regulatory roles these genes play in the model woody plant, Populus. Our results highlight the importance of GA regulatory genes in woody perennial growth, including: phenology, wood formation, phenotypic plasticity, and growth/survival under field conditions. We characterize two putative Populus orthologs of the SHORT INTERNODES (SHI) gene from Arabidopsis, a negative regulator of GA signaling. RNAi-mediated suppression of Populus SHI-like genes increased several growth-related traits, including extent of xylem proliferation, in a dose-dependent manner. Three Populus genes, sharing sequence homology to the positive regulator of GA signaling gene PHOTOPERIOD-RESPONSIVE 1 (PHOR1) from Solanum, are up-regulated in GA-deficient and insensitive plants suggesting a conserved role in GA signaling. We demonstrate that Populus PHOR1-like genes have overlapping and divergent function(s). Two PHOR1-like genes are highly expressed in roots, predominantly affect root growth (e.g., morphology, starch quantity and gravitropism), and induced by short-days (SD). The other PHOR1-like gene is ubiquitously expressed with a generalized function in root and shoot development. The effects of GA catabolic and signaling genes on important traits (e.g., adaptive and productivity traits) were studied in a multi-year field trial. Transgenics overexpressing GA 2-oxidase (GA2ox) and DELLA genes showed tremendous variation in growth, form, foliage, and phenology (i.e., vegetative and reproductive). Observed gradients in trait modifications were correlated to transgene expression levels, in a manner suggesting a dose-dependent relationship. We explore GA2ox and DELLA genes involvement in mediating growth responses to immediate short-term drought stress, and SD photoperiods, signaling prolonged periods of stress (e.g., winter bud dormancy). GA2ox and DELLA genes show substantial up-regulation in response to drought and SDs. Transgenics overexpressing homologs of these genes subjected to drought and SD photoperiods show hypersensitive growth restraint and increased stress resistances. These results suggest growth cessation (i.e., dormancy) in response to adverse conditions is mediated by GA regulatory genes.

Regulation of woody plant development by auxin and polar auxin transport

Auxin is a key regulator in plant growth and development. This dissertation examines the role of auxin and polar auxin transport in woody growth and development. Strategies of promoter reporter system, microarray expression analysis, transgenic modification, physiological assays, anatomical analysis, and histochemical/biochemical assays were employed to improve our understanding of auxin study in Populus. The results demonstrate various aspects of auxin regulation on shoot growth, root development, wood formation, and gravitropism in woody tissues. We describe the behavior of the DR5 reporter system for measuring auxin concentrations and response in stably transformed Populus trees. Our study shows that DR5 reporter system can be efficiently used in Populus to study auxin biology at a cellular resolution. We investigated the global gene expression in responding to auxin in Populus root. The results revealed groups of IBA up- and down- regulated genes involved in various biological processes including cell wall modification, root growth and lateral root formation, transporter activity and hormone crosstalk. We also verify two of the identified genes' function by transgenic modification in Populus, which encode auxin efflux carrier PtPIN9 and transcription factor PtERF72. We investigated the role of PtPIN9 in woody growth and development, especially in wood formation and gravitropic response in woody stem. We found that overexpressing PtPIN9 enhanced several growth parameters while suppression of PtPIN9 has inhibited tension wood formation. Our results show that PIN9 and other members from PIN family could be possible useful tools for increasing biomass productivity, wood quality, or in modifying plant form.

Stable expression of Escherichia coli beta-glucuronidase A (GusA) in Giardia lamblia: application to high-throughput drug susceptibility testing

OBJECTIVES: In order to create a suitable model for high-throughput drug screening, a Giardia lamblia WB C6 strain expressing Escherichia coli glucuronidase A (GusA) was created and tested with respect to susceptibility to the anti-giardial drugs nitazoxanide and metronidazole. METHODS: GusA, a well-established reporter gene in other systems, was cloned into the vector pPacVInteg allowing stable expression in G. lamblia under control of the promoter from the glutamate dehydrogenase (gdh) gene. The resulting transgenic strain was compared with the wild-type strain in a vitality assay, characterized with respect to susceptibility to nitazoxanide, metronidazole and -- as assessed in a 96-well plate format -- to a panel of 15 other compounds to be tested for anti-giardial activity. RESULTS: GusA was stably expressed in G. lamblia. Using a simple glucuronidase assay protocol, drug efficacy tests yielded results similar to those from cell counting. CONCLUSIONS: G. lamblia WB C6 GusA is a suitable tool for high-throughput anti-giardial drug screening.

Altered expression of the PTR/NRT1 homologue OsPTR9 affects nitrogen utilization efficiency, growth and grain yield in rice

The plant PTR/NRT1 (peptide transporter/nitrate transporter 1) gene family comprises di/tripeptide and low-affinity nitrate transporters; some members also recognize other substrates such as carboxylates, phytohormones (auxin and abscisic acid), or defence compounds (glucosinolates). Little is known about the members of this gene family in rice (Oryza sativa L.). Here, we report the influence of altered OsPTR9 expression on nitrogen utilization efficiency, growth, and grain yield. OsPTR9 expression is regulated by exogenous nitrogen and by the day-night cycle. Elevated expression of OsPTR9 in transgenic rice plants resulted in enhanced ammonium uptake, promotion of lateral root formation and increased grain yield. On the other hand, down-regulation of OsPTR9 in a T-DNA insertion line (osptr9) and in OsPTR9-RNAi rice plants had the opposite effect. These results suggest that OsPTR9 might hold potential for improving nitrogen utilization efficiency and grain yield in rice breeding.

Identification and expression of different dehydrin subclasses involved in the drought response of Trifolium repens

Reverse transcribed RNAs coding for YnKn, YnSKn, SKn, and KS dehydrin types in drought-stressed white clover (Trifolium repens) were identified and characterized. The nucleotide analyses revealed the complex nature of dehydrin-coding sequences, often featured with alternative start and stop codons within the open reading frames, which could be a prerequisite for high variability among the transcripts originating from a single gene. For some dehydrin sequences, the existence of natural antisense transcripts was predicted. The differential distribution of dehydrin homologues in roots and leaves from a single white clover stolon under normal and drought conditions was evaluated by semi-quantitative RT-PCR and immunoblots with antibodies against the conserved K-, Y- and S-segments. The data suggest that different dehydrin classes have distinct roles in the drought stress response and vegetative development, demonstrating some specific characteristic features. Substantial levels of YSK-type proteins with different molecular weights were immunodetected in the non-stressed developing leaves. The acidic SK2 and KS dehydrin transcripts exhibited some developmental gradient in leaves. A strong increase of YK transcripts was documented in the fully expanded leaves and roots of drought-stressed individuals. The immunodetected drought-induced signals imply that Y- and K-segment containing dehydrins could be the major inducible Late Embryogenesis Abundant class 2 proteins (LEA 2) that accumulate predominantly under drought.