Identification and Characterisation of HIR Reaction Modules Involved in Phytochrome A Signalling

• Applicants: Professor Dr. Andreas Hiltbrunner; Professor Dr. Eberhard Schäfer
• Subject Area: Plant Physiology
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 233625604

Phytochrome sind Rot-/Dunkelrot-Licht Rezeptoren, die für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen wichtig sind. In Arabidopsis gibt es fünf Phytochrome, wobei phyA und phyB die Hauptrolle spielen. Pflanzen benötigen phyA, um unter einer dichten Pflanzendecke überleben zu können, wo das Lichtspektrum von Wellenlängen im Dunkelrot-Bereich dominiert wird. Obwohl die photophysikalischen Eigenschaften von phyA und phyB nahezu identisch sind, hat phyA ein Wirkungsmaximum im dunkelroten Licht, während phyB-abhängige Antworten durch Rotlicht induziert werden. Der Licht-induzierte Kerntransport von phyA und phyB ist ein wichtiger Schritt in der Phytochrom-Signaltransduktion. Die beiden Funktionshomologe FHY1 und FHL sind für den Kerntransport von phyA essentiell. Diese binden an die durch Licht aktivierte Form von phyA und transportieren dieses in den Zellkern. Wir haben kürzlich ein kinetisches Modell vorgeschlagen, welches die Perzeption von dunkelrotem Licht auf molekularer Ebene erklären kann. Die Kernkomponente dieses Modells ist ein sogenanntes "shifting module", welches für die Verschiebung des Wirkungsmaximums von rotem zu dunkelrotem Licht essentiell ist. Der Abbau und der FHY1/FHL-abhängige Kerntransport von phyA sind wichtige Komponenten dieses shifting modules. Im beantragten Projekt wollen wir dieses shifting module im Detail untersuchen und den Beitrag der FHY1/FHL-phyA Komplex-Bildung/Auflösung und des phyA-Abbaus zur Verschiebung des phyA-Wirkungsgipfels analysieren. Dazu werden wir die Bindestelle von FHY1/FHL in phyA identifizieren und transgene Linien herstellen, die mutiertes phyA mit reduzierter oder erhöhter Affinität für FHY1/FHL enthalten. Um den Einfluss des phyA-Abbaus auf das Wirkungspektrum zu untersuchen, werden wir auch Linien erzeugen, die phyA-Versionen mit verringertem Abbau exprimieren. Mathematische Analysen und experimentelle Daten zeigen, dass in Pflanzen sehr wahrscheinlich weitere shifting modules vorhanden sind, die zur Verschiebung des Wirkungsgipfels von rotem zu dunkelrotem Licht beitragen. Im beantragten Projekt wollen wir diese zusätzlichen shifting modules finden und charakterisieren, wozu wir die typischen Eigenschaften von phyA genauer untersuchen wollen. Dazu gehören unter anderem die Bildung und Auflösung von sequestered areas of phytochrome (SAPs), die Kinetik des Kerntransports sowie die Dunkelreversion und der Abbau von Pfr und Pr im Cytosol und Zellkern. Diese detaillierte Analyse ermöglicht die Bestimmung der kinetischen Parameter, die für eine phyA Wirkung im dunkelroten Licht essentiell sind. Zusätzlich werden wir die Funktion verschiedener Reaktionsparameter auch mittels Wirkungsspektroskopie untersuchen und für verschiedene Mutanten und transgene Linien detaillierte Wirkungsspektren messen.

• DFG Programme: Research Grants