Evolution of the DUF26-containing proteins in plants

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5303-6
Title: Evolution of the DUF26-containing proteins in plants
Author: Vaattovaara, Aleksia
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-06-28
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5303-6
http://hdl.handle.net/10138/302570
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: For plants as sessile organisms effective signaling mechanisms are essential. Plants utilize signaling networks to receive cues from the environment and signal between cells. Various proteins and protein families are involved in the signaling networks in plants including receptor-like kinases (RLKs) and their related receptor-like proteins (RLPs). RLKs are typically located in the plasma membrane and transfer signals from the apoplastic space to the interior of the cell. The domain of unknown function 26 (DUF26) is a cysteine-rich protein domain involved in signaling. DUF26-containing proteins are a plant-specific protein family containing both RLKs and RLPs, including cysteine-rich receptor-like kinases (CRKs), plasmodesmata-localized proteins (PDLPs) and cysteine-rich receptor-like secreted proteins (CRRSPs). To facilitate investigation of the functions of DUF26 proteins, comprehensive phylogenetic and evolutionary analyses were combined with broad phenotypic analyses of crk mutants and structural investigation of two PDLPs from the model species Arabidopsis thaliana. These analyses revealed that DUF26-containing genes have a complex evolutionary history, including several steps of domain rearrangements and differential expansion and contraction patterns in different groups of plants and between different groups of CRKs, PDLPs and CRRSPs. CRKs were found to be involved in stress responses and development based on their loss-of-function phenotypes. The crystal structure of the AtPDLPs revealed a close structural homology between the DUF26 domain and fungal lectins, suggesting that DUF26 could be a carbohydrate-binding unit in plants. Annotation quality is crucial for virtually any type of sequence-based analysis, including phylogenetic estimation of relationships between genes, proteins and species. For this reason, the annotations of DUF26-containing genes were carefully curated in such a way as to facilitate the subsequent evolutionary analyses. Since most functional data is obtained from model species, only through thorough estimation of the relationships between proteins from different species we can reliably transfer information among species. In the future, as more functional information becomes available, the knowledge gained from this study will be applied in translational research between model species and crop species.Kasvit tarvitsevat tehokasta viestintään solujen välillä voidakseen reagoida muutoksiin ja stressitekijöihin kasvuympäristössään. Kasvit hyödyntävät tähän tarkoitukseen muun muassa erilaisia proteiineja, yhtenä esimerkkinä reseptorinkaltaiset kinaasit (RLK:t) ja niille sukua olevat reseptorinkaltaiset proteiinit (RLP:t). RLK:t sijaitsevat yleensä kasvin solukalvolla ja siirtävät viestejä solukalvon ulkopuolelta solun sisälle. RLK-proteiineja koodaavat geenit kuuluvat useisiin geeniperheisiin. Geeniperheet ovat muodostuneet geenien monistuessa genomissa ja niiden jäsenet ovat samaa alkuperää ja yleensä sekvensseiltään samankaltaisia. Yksi sekä RLK- että RLP-proteiineja koodaava geeniperhe on DUF26-domeenin sisältävä geeniperhe, jonka evoluutiota on tutkittu tässä väitöskirjassa. DUF26-geenejä esiintyy vain kasveilla. Niiden evoluution selvittämiseksi geenit tunnistettiin kasvien genomeista ja niitä kuvaavat geenimallit tarkistettiin ja tarvittaessa korjattiin, koska geenimallien laatu on keskeistä luotettavien tulosten saamiseksi geenien sekvensseihin perustuvissa analyyseissa. DUF26-geenien sukulaisuutta selvitettiin fylogeneettisten analyysien avulla ja niiden lisäksi tutkittiin myös näiden geenien koodaamien proteiinien toimintaa lituruoholla. Lisäksi kahden DUF26-proteiinin rakenne selvitettiin kiteyttämällä. DUF26-geenien evoluutio on sisältänyt paljon muutoksia ja geeniperheen eri alaryhmät ovat kehittyneet eri tavoin. Muutoksia on tapahtunut sekä geenien rakenteessa että geenikopioiden määrässä. DUF26-geenien koodaamien RLK-proteiinien toiminta liittyy tutkimuksen perusteella viestintään stressitilanteissa. Kiderakenteen samankaltaisuus sienten hiilihydraatteja sitovien proteiinien kanssa tarkoittaa, että myös DUF26-proteiinit pystyvät mahdollisesti sitomaan hiilihydraatteja. Lisätutkimus on kuitenkin tarpeen DUF26-domeenin tarkemman biokemiallisen toiminnan ymmärtämiseksi. Proteiinien toimintaa tutkitaan yleensä mallilajeilla, kasvien tapauksessa eniten lituruoholla. Geeniperheiden, kuten DUF26-geenien, evoluution tutkiminen eri lajeilla mahdollistaa toisiaan vastaavien geenien tunnistamisen lajien välillä ja siten lituruohon avulla saadun proteiinien toimintaan liittyvän tiedon hyödyntämisen tulevaisuudessa myös viljely- ja hyötykasvien jalostuksessa kehitettäessä paremmin ympäristön stressitekijöitä kestäviä lajikkeita.
Subject: Plant Biology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
evolutio.pdf 1.301Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record