{"id":10897,"date":"2026-04-10T08:51:24","date_gmt":"2026-04-10T08:51:24","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/sumanth-kumar-mutte\/"},"modified":"2026-04-23T07:11:10","modified_gmt":"2026-04-23T07:11:10","slug":"sumanth-kumar-mutte","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/sumanth-kumar-mutte\/","title":{"rendered":"Sumanth Kumar Mutte"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":12378,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-10897","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Evolutionary analysis of a billion years of auxin biology","samenvatting":"Auxine is een belangrijk fytohormoon voor groei en ontwikkeling bij veel plantensoorten. Met de vooruitgang in next-generation sequencing en de steeds groeiende hoeveelheid gegevens van genomen en transcriptomen in het afgelopen decennium in alle plantenlijnen, heeft dit proefschrift geholpen om de gedetailleerde oorsprong en evolutie van de biologie van plantenauxine af te leiden. Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van de belangrijkste levensvormen op aarde vanuit een evolutionair perspectief. We boden ook gedetailleerd inzicht in meerdere phyla in de plantenevolutie en de bijbehorende morfofysiologische innovaties. Vervolgens introduceerden we verschillende eiwitten en routes die betrokken zijn bij de synthese, het transport, de homeostase en de signaaltransductie van auxine, gevolgd door de reikwijdte van dit proefschrift.\n\nGrote 'omics' databronnen, met name transcriptomics als resultaat van de vooruitgang in RNA-Seq-technologie\u00ebn, genereerden meer dan 1300 transcriptomen van meer dan duizend soorten over een miljard jaar plantenevolutie. Hoewel de transcriptoomgegevens inherent beperkter zijn dan de genoomgegevens, is het mogelijk om voorouderlijke kopie\u00ebn te schatten, d.w.z. het minimale gencomplement in de voorouder van de betreffende lijn die wordt onderzocht. Hoewel er veel methoden zijn ontwikkeld die zich richten op het combineren van genen met \u00e9\u00e9n kopie om de relaties tussen soorten te schatten, of die zich richten op een specifieke genfamilie, is er aanzienlijke aanpassing nodig om ze als algemene methode op andere genfamilies toe te passen. Daarom hebben we in Hoofdstuk 2 een eenvoudige maar effectieve methodologie ontwikkeld om de oorsprong en evolutie van verschillende genfamilies in alle plantenlijnen, inclusief de algenvoorouders, te reconstrueren.\n\nWe hebben dit protocol voor het eerst getest in Hoofdstuk 3 om de evolutie te bestuderen van de auxine-biosynthesegenfamilies Tryptophan aminotransferase van Arabidopsis (TAA) en YUCCA (YUC). Dit heeft niet alleen de eerdere bevindingen bevestigd dat TAA en de bijbehorende Alliinase-eiwitten een gemeenschappelijke voorouder hadden in charofytalgen, maar onthulde ook dat de kern-TAA-clade nooit is gedupliceerd in hun voorouderlijke staten tijdens de plantenevolutie. De YUC-familie in vroeg gedivergeerde soorten bevat een zusterclade die verloren is gegaan in de recent gedivergeerde soort, de angiospermen. Verder hebben we de evolutie van de Gretchen Hagen 3 (GH3)-eiwitfamilie onderzocht, die betrokken is bij de auxine-homeostase door aminozuren aan hormonen te koppelen. Deze analyse onthulde een opvallende correlatie tussen de opkomst van auxine- of jasmonaat-specifieke GH3-familieleden en de evolutie van gespecialiseerde hormoonreceptoren aan het begin van de evolutie van landplanten. Bovendien toonden we aan dat deze methode kon worden toegepast op eiwitten met onbekende of nieuwe domeinen, door de evolutie en annotatie van SOSEKI-eiwitten te bestuderen. Auxine lokt zowel genomische als niet-genomische reacties uit, respectievelijk via de nucleaire auxineroute en het Auxine-bindend eiwit 1 (ABP1). Daarom hebben we ook de oorsprong en evolutie van ABP1 bestudeerd, dat lijkt te zijn ge\u00ebvolueerd in roodalgen, met een auxine-bindend vermogen dat naar voorspelling al in chlorofyten verscheen.\n\nIn Hoofdstuk 4 richtten we ons op de nucleaire auxineroute, de belangrijkste signaaltransductieroute voor auxine in planten. We bestudeerden zowel de oorsprong als de diepe evolutie van de genfamilies Auxin Response Factor (ARF), Auxin\/Indole-3-acetic acid (Aux\/IAA) en Transport inhibitor response 1\/Auxin-signaling F-box (TIR1\/AFB). Op basis van de evolutionaire patronen veronderstelden we dat componenten van de genomische responsweg in charofyten waren ge\u00ebvolueerd, maar alleen functioneel waren in landplanten. We hebben deze hypothese getest door het auxine-responsvermogen van groenalgen, hauwmossen, levermossen, mossen en varens te bestuderen, waarbij we het met auxine behandelde transcriptoom vergeleken met de onbehandelde planten met behulp van RNA-Seq. Inderdaad ontdekten we dat de auxine-responsgenen geconserveerd waren in landplanten, maar niet in groenalgen, wat de voorspellingen uit evolutionaire analyse bevestigde. Tot onze verrassing vonden we ook diep geconserveerde niet-canonieke componenten (ncARF en ncIAA), die we testten op hun rol in auxine-afhankelijke reacties door de mutanten in het vroeg gedivergeerde levermos, Marchantia, te bestuderen. Interessant is dat ncARF een positieve bijdrage leek te leveren aan de auxine-afhankelijke groei en ontwikkeling.\n\nEen cruciale stap in de nucleaire auxineroute is de interactie tussen ARF- en Aux\/IAA-eiwitten via het C-terminale Phox- en Bem1 (PB1)-domein. Tijdens onze zoektocht naar homologen van deze twee genfamilies vonden we veel andere eiwitten in planten die noch ARF's noch Aux\/IAA's zijn en een PB1-domein bevatten. Omdat het PB1-domein ook is ge\u00efdentificeerd in protozoa en schimmels, evenals in dieren, hebben we in Hoofdstuk 5 onderzocht of het PB1-domein is ontstaan in de Last Eukaryote Common Ancestor (LECA). Inderdaad ontdekten we dat LECA bij voorkeur bestond uit drie PB1-kopie\u00ebn die verder divergeerden en aanleiding gaven tot meerdere kopie\u00ebn in verschillende koninkrijken. We vonden co-ge\u00ebvolueerde PB1-paren die mogelijk op elkaar inwerken, waarbij we ook gemeenschappelijke geconserveerde aminozuren vonden tussen deze voorspelde interactieparen, bijvoorbeeld Kinase en Kinase-afgeleide PB1-domeinen. We hebben ook met succes een op aminozuurbeschrijvingen gebaseerde Random Forest-classificatie toegepast om verschillende PB1-domeinen in landplanten te onderscheiden. Samenvattend onthulden deze resultaten de bredere aanwezigheid van PB1-domein bevattende eiwitten in planten, met inzichten in hun diepe evolutie.\n\nTen slotte hebben we in Hoofdstuk 6 besproken hoe dit onderzoek bijdraagt aan wat bekend is over de evolutie van verschillende componenten van de auxineroute en hun functies. De resultaten in dit proefschrift tonen gezamenlijk de stapsgewijze oorsprong van auxinebiologie in groenalgen en de daaropvolgende functionaliteit in landplanten aan. We hebben ook vragen belicht die nog onbeantwoord blijven en deze bevindingen gesynchroniseerd met de lopende inspanningen om 'niet-canonieke' routes van auxine-actie in planten te begrijpen.","summary":"Auxin is a key phytohormone for growth and development across many plant species. With the advances in next-generation sequencing, and ever-growing data of genomes and transcriptomes in the last decade across all plant lineages, helped us infer the detailed origin and evolution of plant auxin biology in this thesis. Chapter 1 provides an overview of the major forms of life on earth, from an evolutionary perspective. We also provided detailed insight about multiple phyla in the plant evolution, and the corresponding morpho-physiological innovations. We then introduced various proteins and pathways involved in the synthesis, transport, homeostasis and signal transduction of auxin, followed by the scope of this thesis.\n\nLarge \u2018omics\u2019 data resources, especially transcriptomics as a result of advancement in RNA-Seq technologies, generated more than 1300 transcriptomes from more than a thousand species over a billion years of plant evolution. Even though the transcriptome data is inherently limited than the genome data, it is possible to estimate ancestral copies i.e. the minimal gene complement in the ancestor of that particular lineage under consideration. While many methods were developed that either focus on combining single copy genes to estimate species relationships, or focus on a specific gene family, needs substantial modification to apply as a general method to other gene families. Hence, in Chapter 2 we have developed a simple yet effective methodology to reconstruct the origin and evolution of various genes families across all plant lineages, including the algal ancestors.\n\nWe first tested this protocol in Chapter 3 to study the evolution of auxin biosynthesis gene families Tryptophan aminotransferase of Arabidopsis (TAA) and YUCCA (YUC). This has not only confirmed the previous findings, that TAA and its homologous Alliinase proteins had a common ancestor in charophyte algae, but also revealed that the core TAA clade has never duplicated in their ancestral states during the plant evolution. YUC family in early diverged species contain a sister clade that is lost in the recently diverged species, angiosperms. Further, we exploited the evolution of Gretchen Hagen 3 (GH3) protein family involved in the auxin homeostasis that conjugate amino acids to hormones. This analysis revealed a striking correlation between the emergence of auxin or jasmonate specific GH3 family members to the evolution of specialized hormone receptors at the onset of land plant evolution. Moreover, we also showed that this method could be applied to proteins with unknown or novel domains, by studying the evolution and annotation of SOSEKI proteins. Auxin elicit both genomic and non-genomic responses, through nuclear auxin pathway and Auxin binding protein 1 (ABP1), respectively. Hence, we also studied the origin and evolution of ABP1, that appear to have evolved in red algae, with auxin binding capacity predicted to appear as early as in chlorophytes.\n\nIn Chapter 4, we focused on the nuclear auxin pathway, the major auxin signal transduction pathway in plants. We studied both the origin and deep evolution of Auxin Response Factor (ARF), Auxin\/Indole-3-acetic acid (Aux\/IAA) and Transport inhibitor response 1\/Auxin-signaling F-box (TIR1\/AFB) gene families. Based on the evolutionary patterns, we hypothesized that genomic response pathway components were evolved in charophytes but functional only in land plants. We tested this hypothesis by studying the auxin response capacity of green algae, hornworts, liverworts, mosses and ferns, comparing the auxin treated transcriptome to the untreated plants using RNA-Seq. Indeed, we found that the auxin response genes were conserved across land plants, but not in green algae, confirming the predictions from evolutionary analysis. To our surprise, we also found deeply conserved non-canonical components (ncARF and ncIAA), which we tested for their role in auxin dependent responses by studying the mutants in early diverged bryophyte, Marchantia. Interestingly, ncARF appeared as a positive contributor to the auxin dependent growth and development.\n\nA key step in the nuclear auxin pathway, is the interaction between ARF and Aux\/IAA proteins through C-terminal Phox and Bem1 (PB1) domain. During our search for homologs of these two gene families, we found many other proteins in plants that are neither ARFs nor Aux\/IAAs, and contain a PB1 domain. As PB1 domain is also identified in protozoans, fungi as well as in animals, in Chapter 5 we studied if the PB1 domain is originated in Last Eukaryote Common Ancestor (LECA). Indeed, we found that LECA consisted preferably three PB1 copies that diverged further and gave rise to multiple copies in various kingdoms. We found co-evolved PB1 pairs that might interact, where we also found common conserved amino acids among these predicted interaction pairs, for e.g. Kinase and Kinase-derived PB1 domains. We have also successfully applied amino acid descriptor based Random Forest classification to differentiate various PB1 domains across land plants. Taken together, these results revealed the broader presence of PB1 domain containing proteins in plants, with insights into their deep evolution.\n\nFinally, in Chapter 6 we discussed how this study contributes to what is known about the evolution of various auxin pathway components and their functions. The results in this thesis collectively show the step-wise origins of auxin biology in green algae and subsequent functionality in land plants. We also highlighted questions that still remain and synchronize these findings with the on-going efforts to understand \u2018non-canonical\u2019 routes of auxin action in plants.","auteur":"Sumanth Kumar Mutte","auteur_slug":"sumanth-kumar-mutte","publicatiedatum":"15 april 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/sumanthkumarmutte?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/390f4d3f-8e5e-4b3a-a4d0-f9a424fc8146\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604100846","isbn":"978-94-6395-269-9","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":12378,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/10897","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=10897"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/10897\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10900,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/10897\/revisions\/10900"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12378"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=10897"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=10897"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}