Functional specialization of EXO70A and EXO70B paralogs of the EXO70 exocyst subunit in Arabidopsis.

Abstract

SOUHRN Studium komplexu exocyst poutajícího sekreční váčky u eukaryot ukazuje jeho zásadní význam pro buněčné procesy závislé na intenzivní a polarizované buněčné sekreci. U rostlin exocyst reguluje buněčnou polaritu, podmiňuje morfogenetické procesy a přispívá i k obranným reakcím. Gen kódující podjednotku exocystu EXO70 v rostlinách proliferoval do celé genové rodiny, přičemž pouze u některých isoforem EXO70 byly zatím popsány jejich funkce. Tato dizertační práce odhalila, že isoforma EXO70A2 z podrodiny EXO70.1 je hlavní isoformou EXO70 sloužící jako podjednotka komplexu exocyst při exocytóze v pylu. EXO70A2 je zásadní pro několik fází vývoje pylu u huseníčku - zrání pylových zrn, jejich klíčení a růst pylové láčky. Zatímco pylově specifická isoforma EXO70A2 má schopnost nahradit isoformu EXO70A1 fungující ve sporofytu, funkční substituce k opačném směru možná není, což dokazuje omezenou redundanci těchto dvou blízce příbuzných isoforem a vysokou specificitu funkcí EXO70 v pylu. V práci je dále popsáno zjištění, že exocyst je rekrutován k plazmatické membráně prostřednictvím EXO70A1. Tato podjednotka interaguje prostřednictvím konzervovaných lyzinových zbytků se specifickými fosfolipidy, které tvoří unikátní znak rostlinné membrány. Další isoforma, EXO70B1 z podrodiny EXO70.2, se účastní regulace...

Many studies in different eukaryotes have shown the importance of the vesicle-tethering exocyst complex for cellular processes dependent on intensive polarized secretion. The plant exocyst complex is crucial for regulation of cell polarity, morphogenesis, and defence. In land plants, gene encoding the EXO70 exocyst subunit multiplied into many paralogs, but only a few of them have been functionally described. In this thesis, the EXO70A2 isoform, a member of the EXO70.1 subfamily, was found to be the main EXO70 exocyst subunit involved in the canonical function of the exocyst complex in Arabidopsis pollen. EXO70A2 is important for several stages of pollen development-pollen grain maturation, germination, and pollen tube growth. Pollen-expressed EXO70A2 was the only EXO70 isoform able to substitute for the function of EXO70A1 in the sporophyte, but not vice-versa. This indicates partial functional redundancy of these two closely related isoforms and a high specificity for pollen-related processes. The finding that the exocyst is targeted to the plasma membrane via EXO70A1 subunit is further elaborated in the thesis. EXO70A1 binds plasma membrane via interactions with specific phospholipids that form a unique plasma membrane-lipid signature in plants. Other isoform, EXO70B1 from the EXO70.2 subfamily,...