Decoding the circadian control of the cell cycle in plants
- Reference number
- SAB25-0004
- Project leader
- Eriksson, Maria E.
- Start and end dates
- 260701-271231
- Amount granted
- 2 898 467 SEK
- Administrative organization
- Umeå University
- Research area
- Life Sciences
Summary
Studies in plants have shown that the phases of the cell cycle are regulated by both external and internal signals, as well as by the coordination between cell growth and cell division in intact tissues. I will investigate the internal regulation exerted by the circadian clock on the cell cycle. Based on my preliminary results in Arabidopsis, Cyclin D3 is under circadian control by the clock component CCA1. In addition, progression through both the Gap 1/DNA synthesis (G1/S) and Gap 2/Mitosis (G2/M) phases has been shown to be size‑dependent. These observations highlight the complexity of the underlying regulatory networks. To clarify gene expression responses and cell cycle progression, I will employ wild type and lines with altered expression of clock‑ and cell cycle‑related genes. A combination of methods will be used, including genetic dissection of circadian clock function and cell cycle regulation in the different genotypes with characterization of their growth phenotypes. Moreover, stress assays will be integrated with time‑resolved RNA sequencing of both Arabidopsis, and if possible hybrid aspen. The project will conclude with high‑resolution profiling of selected organs or tissues at the single‑nucleus level. Together, this approach will provide the first detailed mechanistic understanding of circadian clock coordination with the cell cycle in plant growth regulation, clarifying the dynamic expression patterns of regulatory genes.
Popular science description
De flesta organismer, från bakterier till människor, har en cirkadisk klocka som dagligen justeras till lokal tid. Denna ~24‑timmarsrytm gör att organismer kan förutse dagliga och säsongsbundna förändringar och tidsmässigt separera processer som annars skulle krocka. Hos växter styr klockan bland annat bladvinkling, blomning och årstidsresponser som knoppsättning och knoppsprickning. I projektet används främst backtrav, och om möjligt hybridasp, för att förstå hur den cirkadiska klockan koordinerar DNA‑replikation och cellcykeln – centralt för växters tillväxt. Backtrav är lämpligt genom sitt lilla genom och snabba livscykel. Intresset väcktes av studier i hybridasp där nedreglering av klockgenerna LHY1, LHY2 och TOC1 gav ändrad klock rytm och negativt påverkade tillväxt. Vi fanna att LHY1 och LHY2 stimulerar cytokininbiosyntes och reglerar den viktiga cellcykelregulator CYCD3s genuttryck. LHY2 kan även binda till CYCD3‑proteinet, vilket visar flera nivåer av koppling mellan klockan och cellcykeln. Eftersom få studier tidigare visat hur klockan styr cellcykeln ska projektet klarlägga dessa mekanismer. Vi undersöker hur klockan reglerar CYCD3 och om den även styr proteinets stabilitet och rytmik. Vi testar också om cellcykeln i sin tur påverkar klockan.. Med genetiska, biokemiska och fysiologiska metoder analyseras om fler klockkomponenter styr andra delar av cellcykeln, exempelvis DNA‑replikation. Genom att kartlägga klockstyrda rytmer i rötter och samtidigt följa cellcykelns faser under både normala och saltstressade förhållanden kan vi identifiera hur rytmik och cellproliferation samverkar. Även ljussignalering och tillväxt studeras. För att identifiera hela nätverk av klock- och cellcykelstyrda gener kommer transkriptomdata samlas in från rötter på organ/vävnads- och cellnivå. Projektet genomförs i en forskningsmiljö med expertis inom högupplösta genuttrycksstudier vid Sainsbury Laboratory i Cambridge. Med deras avancerade teknologier blir det möjligt att klarlägga hur de två centrala cyklerna—cirkadisk rytm och celldelning—kommunicerar för att styra tillväxt och anpassning till stress. Sammantaget kommer projektet ge fördjupad förståelse för tidsstyrd reglering av tillväxt och hur denna kan modifieras. Kunskapen är avgörande för framtida förädling och biotekniska strategier som syftar till att förbättra växters tillväxt, avkastning och robusthet under stressiga miljöförhållanden.