Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

MicroRNAs in plants: Regulation of the regulator

09.11.2012
A phosphate switch to fine-tune the protein production in the cells

MicroRNAs are essential regulators of the genetic program in multicellular organisms. Because of their potent effects, the production of these small regulators has itself to be tightly controlled.

That is the key finding of a new study performed by Tübingen scientists at the Max Planck Institute for Developmental Biology. They identified a new component that modulates the production of micro RNAs in thale cress, Arabidopsis thaliana, by the removal of phosphate residues from a micro RNA-biogenesis enzyme. This can be as quick as the turn of a switch, allowing the plant to adapt to changing conditions. In this study, the scientists combined advanced imaging for facile detection of plants with defective microRNA activity with whole genome sequencing for rapid identification of new mutations.

The cell seems to thwart itself: Reading the DNA, a mobile messenger RNA is produced in the cell nucleus, exported to the cytoplasm where it serves as a blueprint for the production of proteins. At the same time, the cell is able to produce micro RNAs that, by binding to specific messenger RNAs, can block protein production or even initiate its destruction. But why does the cell start a costly process and immediately stops it? "Well, the answer lies on the fine balance the cell has to achieve between producing a protein and avoid having an excess of it. Reaching the right level of a protein and its adequate temporal and spatial distribution requires, sometimes, opposed forces," says Pablo Manavella, first author of the study and postdoc in the department of Detlef Weigel at the Max Planck Institute for Developmental Biology. "Once the transcript of the messenger RNA is activated it is quite stable. If you need a quick stop, regulatory mechanisms, such as the micro RNAs, will be able to hold up the process," he explains. The study was carried out in collaboration with scientists from the Center for Plant Molecular Biology (ZMBP) and the Proteome Center of the University of Tübingen.

The production of micro RNAs from its precursors has already been extensively studied, especially in animal cells. "Micro RNAs in plants have evolved in parallel and independently. We had to assume that they could be processed in a different way," Pablo Manavella explains.

The scientists used a methodical trick to study the activity of micro RNAs in cells of thale cress plants. First, they developed a reporter system based on the bioluminescent protein luciferase from firefly; its DNA was integrated in the plant cells. Secondly, the scientists inserted in the plant genome a fragment of DNA containing a precursor of an artificial micro RNA that specifically inhibits luciferase. These plants thus initially showed no light emission despite containing the genes encoding luciferase. In a mass experiment, the scientists then triggered unspecific mutations in thousands of plants. With the aid of a special hypersensitive camera the few shining plants were sorted out. "In all these individuals some part of the micro RNA pathway must have been damaged so that luciferase was no longer silenced by the artificial micro RNA," says Pablo Manavella.

To identify the genes responsible for the failure in silencing luciferase, the scientists made use of a new technology developed at the Max Planck Institute, which enables the rapid detection of causal mutations by whole-genome sequence analysis. "Just a few years ago, this project would have been difficult to complete within two years. Nowadays, whole genome sequencing is a rapid and affordable method. By combining the screening test on luciferase activity with whole genome sequencing we could reduce the study period from years to several months," Pablo Manavella explains. Among the obtained mutants the scientists identified the phosphatase CPL1 as a key component of the microRNA biogenesis pathway. This protein modulates the production of these molecules by removing phosphate residues from HYL1, one of the main co-factors in the pathway, impairing the production of micro RNAs. Once produced these micro RNAs will bind to the corresponding messenger RNAs stopping the production of the protein.

"We have identified one factor able to regulate the activity of the regulators," Pablo Manavella summarizes their results. Micro RNAs represent only one of the of genetic regulation mechanisms among many others; however, in the manner of a switch they provide quick and efficient answers to changing requirements, for example in many developmental processes. In general, micro RNAs in plants are much more specific than in animals, the scientists say. "Plants cannot run away when facing a stressful condition. Therefore they need quick ways to regulate its genes in order to adapt to such situations."
Contact
Dr. Pablo Manavella
Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen
Phone: +49 7071 601-1405
Email: pablo.manavella@­tuebingen.mpg.de
Prof. Dr. Detlef Weigel
Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen
Phone: +49 7071 601-1410
Email: detlef.weigel@­tuebingen.mpg.de
Janna Eberhardt
Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen
Phone: +49 7071 601-444
Fax: +49 7071 601-359
Email: presse-eb@­tuebingen.mpg.de
Original publication
Pablo A. Manavella, Jörg Hagmann, Felix Ott, Sascha Laubinger, Mirita Franz, Boris Macek, Detlef Weigel
Fast-forward genetics identifies plant CPL phosphatases as regulators of miRNA processing factor HYL 1

Cell, Vol. 151, 4

Dr. Pablo Manavella | EurekAlert!
Further information:
http://www.mpg.de/6616426/micro-RNAs-plants

More articles from Life Sciences:

nachricht Pathogenic bacteria hitchhiking to North and Baltic Seas?
22.07.2016 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Unconventional quasiparticles predicted in conventional crystals
22.07.2016 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

Im Focus: Graphen von der Rolle: Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können. Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt »HEA2D«: Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und opto-elektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen,...

Im Focus: Menschen können einzelnes Photon sehen

Forscher am Wiener Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und an der Rockefeller University in New York wiesen erstmals nach, dass Menschen ein einzelnes Photon wahrnehmen können. Für ihre Experimente verwendeten sie eine Quanten-Lichtquelle und kombinierten sie mit einem ausgeklügelten psycho-physikalischen Ansatz. Das Wissenschaftsjournal “Nature Communications” veröffentlicht die Ergebnisse in seiner aktuellen Ausgabe.

Trotz zahreicher Studien, die seit über siebig Jahren zu diesem Thema durchgeführt wurden, konnte die absolute Untergrenze der menschlichen Sehfähigkeit bisher...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

19.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Kamera für unsichtbare Felder

22.07.2016 | Physik Astronomie

3-D-Analyse von Materialien: Saarbrücker Forscher erhält renommierten US-Preis für sein Lebenswerk

22.07.2016 | Förderungen Preise

Signale der Hirnflüssigkeit steuern das Verhalten von Stammzellen im Gehirn

22.07.2016 | Biowissenschaften Chemie