Powiązany zegar okołodobowy 1
| Identyfikatory | |
|---|---|
| powiązane z zegarem okołodobowym 1 | |
| Organizm | |
| Symbol | CCA1 |
| RefSeq (mRNA) | NM_180129.3 |
| RefSeq (Prot) | NC_003071.7 |
| Inne dane | |
| Chromosom | 2: 19,25 - 19,25 MB |
Circadian Clock Associated 1 (CCA1) to gen, który ma kluczowe znaczenie dla oscylatora okołodobowego roślin okrytonasiennych . Po raz pierwszy został zidentyfikowany w Arabidopsis thaliana w 1993 roku. CCA1 oddziałuje z LHY i TOC1 , tworząc rdzeń systemu oscylatora. Ekspresja CCA1 osiąga szczyt o świcie. Utrata funkcji CCA1 prowadzi do skrócenia okresu ekspresji wielu innych genów.
Odkrycie
CCA1 został po raz pierwszy zidentyfikowany w Arabidopsis thaliana przez laboratorium Elaine M. Tobin w UCLA w 1993 r. Laboratorium Tobina badało fragmenty promotora, które przyczyniają się do regulacji światła zbierającego światło białka wiążącego chlorofil A/B (LHCB) i zauważyło wiązanie DNA aktywność, która miała powinowactwo do specyficznego wrażliwego na światło fragmentu promotora LHCB. Ta aktywność wiązania DNA została oznaczona jako CA-1, ponieważ wiązanie dotyczy głównie sekwencji bogatych w cytozynę i adeninę .
Odkryli, że ta aktywność wiązania jest niezbędna do odpowiedzi fitochromu . Później odkryli gen odpowiedzialny za tę aktywność, przeszukując bibliotekę ekspresyjną Arabidopsis . CCA1 odnosiło się do klonu CA-1, a teraz oznaczało gen odpowiedzialny za tę aktywność wiązania DNA. Ewolucja zegarów dobowych u roślin lądowych nie jest poznana, ponieważ rytmom dobowym poświęcono niewiele uwagi u roślin innych niż okrytozalążkowe.
Funkcjonować
CCA1 jest częścią negatywnej autoregulacji pętli sprzężenia zwrotnego, która jest skoordynowana z codziennymi zmianami środowiskowymi. Tłumiona w ciemności przez inne białka, ekspresja CCA1 jest aktywowana, gdy fitochrom w roślinie wyczuwa światło. Po translacji białko CCA1 musi zostać fosforylowane przez kinazę kazeinową 2 (CK2). Ta fosforylacja jest niezbędna, aby białko utworzyło homodimer i związało się z docelowymi promotorami. Hiperfosforylacja , spowodowana nadekspresją CK2, doprowadzi do zmienionych rytmów okołodobowych u mutantów, w których CCA1 wykazywał krótszą oscylację okołodobową mRNA niż u roślin typu dzikiego. Nadekspresja CK2 jest istotna w wykazaniu, że CCA1 jest częścią zegara. Motywem białkowym, którego CCA1 używa do wiązania się z docelowymi sekwencjami DNA, jest domena podobna do Myb . CCA1 ma tylko jedną domenę Myb, podczas gdy inne białka roślinne i ssacze mogą mieć wiele domen Myb. Obecność tylko jednej domeny Myb w CCA1 pokazuje jej wpływ na zegar okołodobowy. LUX jest również ważnym czynnikiem transkrypcyjnym Myb, który jest niezbędny do transkrypcji CCA/LHY. Może to również pomóc w wyjaśnieniu problemów w represylatora . CCA1 jest również niezwykły, ponieważ ma zdolność wiązania się z asymetrycznymi sekwencjami DNA. CCA1 działa hamująco na ekspresję sekwencji DNA, z którą się wiąże. Na stabilność białka CCA1 nie ma wpływu światło ani ciemność. Jest regulowany przez jego proteasom . Zahamowanie funkcji proteasomu prowadzi do wydłużenia rytmu okołodobowego.
CCA1 i oscylator okołodobowy Arabidopsis
Centralny oscylator Arabidopsis zawiera kilka białek, które wzajemnie tłumią geny kodujące się nawzajem, aby uzyskać pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego niezbędną do generowania rytmów okołodobowych kontrolujących wiele wyjść zegara. CCA1 jest kluczowym elementem tego oscylatora. Światło indukuje jego transkrypcję, a poziomy mRNA osiągają szczyt o świcie wraz z późnym wydłużonym hipokotylem (LHY). CCA1 i LHY łączą się, hamując transkrypcję białek kompleksu wieczornego (EC): ELF4, ELF3 i LUX, co hamuje ich gromadzenie się aż do zmierzchu, kiedy poziomy białek LHY i CCA1 są najniższe. EC hamuje transkrypcję PRR9 i TOC1 w nocy. Te, wraz z pozostałymi PRR , PRR7 i PRR5, biorą udział w tłumieniu poziomów CCA1 i LHY, które zwiększają się w nocy. CCA1 jest ponadto zaangażowany w utrzymywanie tej pętli poprzez hamowanie własnej ekspresji.
homologi
Paralogi
LHY (późno wydłużony hipokotyl) ma również domenę Myb i działa wcześnie rano. Zarówno LHY, jak i CCA1 mają podobne wzorce ekspresji, które mogą być indukowane przez światło. Pojedyncze mutanty utraty funkcji w obu genach skutkują pozornie identycznymi fenotypami. Ale LHY nie może w pełni uratować rytmu, gdy CCA1 jest nieobecny, co wskazuje, że mogą one być tylko częściowo zbędne funkcjonalnie. W warunkach stałego oświetlenia mutanty cca1 i lhy z podwójną utratą funkcji nie są w stanie utrzymać rytmów w RNA kontrolowanych zegarem.
ortologi
Oscylator okołodobowy w ryżu jest podobny do modelu Arabidopsis , a naukowcy wykorzystali ten model jako plan do zrozumienia oscylatora ryżu. OsLHY w ryżu pełni podobną funkcję jak CCA1/LHY, a zatem jest ortologiem genu w ryżu. OsPRR1 w ryżu jest również ortologiem TOC1. PpCCA1a i PpCCA1b są ortologami CCA1 i LHy w mchu Physcomitrella patens. Wykazują rytmy z okresem 1 dnia, podobnie jak ich homologi okrytozalążkowe w 24-godzinnych cyklach światło-ciemność lub ciągłej ciemności. Jednak te geny wykazują arytmię w stałych warunkach oświetleniowych, w przeciwieństwie do CCA1:LHY.
Mutanty
Mutanty, takie jak rośliny cca1-1, którym brakuje białka CCA1, wykazują fenotypy o krótkim okresie ekspresji kilku genów, gdy są badane w stałych warunkach świetlnych. Mają też okres o 3 godziny krótszy niż u rośliny typu dzikiego, co pokazuje, że ekspresja LHY, jej homologu, nie może w pełni zrekompensować utraty funkcji CCA1. Rośliny, które utraciły funkcję LHY i CCA1 (lhy;cca1) utraciły zdolność do stabilnego utrzymywania rytmu okołodobowego i innych zjawisk wyjściowych. W jednym z badań lhy;cca1 wykazuje niewrażliwe na światło wczesne kwitnienie w warunkach długiego dnia (16 godzin światła/8 godzin ciemności) i krótkiego dnia (8 godzin światła, 16 godzin ciemności) oraz arytmię przy stałym oświetleniu warunki. Zachowują jednak pewne funkcje okołodobowe w cyklach światło / ciemność, co pokazuje, że Arabidopsis nie jest całkowicie zależny od aktywności CCA1 i LHY. Rośliny z niedziałającymi LHY i CCA1 wykazują fenotyp falistych liści w stałych warunkach świetlnych. Mutanty mają również zwiększoną złożoność układu naczyniowego w swoich liściach, z większą liczbą otoczek, rozgałęzień i wolnych końców niż Arabidopsis typu dzikiego .