Plant exocyst complex functional phylogeny in Streptophytes

Abstract

2 Abstrakt Vývoj rostlin je založen na orientovaném buněčné dělení a expanzi buněk, obojí spjaté s biogenezí buněčné stěny. Tato disertační práce se zabývá evolučními aspekty těchto procesů se zaměřením na funkce sekrečních drah zprostředkované exocystovým komplexem a ukládáním kalózy zprostředkovaným kalóza syntázami. Při použití modelu mechu Physcomitrium patens demonstrujeme, že plně funkční exocystový komplex je nezbytný pro uskutečnění trojrozměrného mnohobuněčného vývoje, který se týká všech suchozemských rostlin. Fylogenetická analýza sekvencí podjednotek exocystu u řas a rostlin ukazuje, že k expanzi rodiny EXO70 v rámci streptofytů došlo u nejbližšího společného předka (MRCA) Embryophyta a Zygnematophyceae (Anydrophyta). Naše fylogenetické studie, kombinované s lokalizačními a komplementačními analýzami s použitím homologů z játrovky Marchantia polymorpha a streptofytní řasy Klebsormidium nitens, naznačují funkční diverzifikaci v rámci dvou nově vzniklých podrodin (EXO70.2 a EXO70.3), zatímco EXO70.1 podrodina si zachovává ancestrální funkce jednokopiového genu EXO70. Vznik tří izoforem a posléze podrodin EXO70 koreluje se ztrátou významu SEC3 ve vazbě exocyst na membránu. Spojením předchozích zjištění s výsledky prezentovanými v tomto článku navrhujeme, že dramatické koevoluční oslabení příspěvku...

1 Abstract Plant development relies on oriented cell division and cell expansion, both constrained by cell wall biogenesis. This dissertation addresses evolutionary aspects of these processes, focusing on secretory pathway functions mediated by the exocyst tethering complex and callose deposition mediated by callose synthases. Using the moss Physcomitrium patens, we demonstrate that a fully functional exocyst complex is essential for establishing three- dimensional multicellular development, a function conserved throughout land plants. Phylogenetic analysis of algal and plant exocyst subunit sequences reveal that EXO70 family expansion within streptophytes occurred in the most recent common ancestor (MRCA) of Embryophyta and Zygnematophyceae (Anydrophyta). Our phylogenetic studies, combined with localization and complementation analyses using homologs from the liverwort Marchantia polymorpha and the streptophyte alga Klebsormidium nitens, indicate functional diversification within two newly emerged subfamilies (EXO70.2 and EXO70.3), while EXO70.1 maintains ancestral single-copy EXO70 functions. Establishment of first three EXO70 isoforms and later subfamilies correlates with loss of SEC3 importance in exocyst membrane binding. Integrating previous findings with results presented here, we propose that...