Charakterisierung der Feedback-Regulation der von Rezeptor-ähnlichen Kinasen vermittelten Anreicherung der pflanzlichen Zellwand

• Antragstellerin: Dr. Rhea Stoppel
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242012848

Pflanzliche Zellwände sind komplexe Strukturen, welche aus Polysacchariden bestehen und eine Schlüsselrolle in Pflanzenwachstum und -entwicklung spielen. Daneben stellen pflanzliche Zellwände die am häufigsten vorkommende, organische Substanz der Erde dar und haben das Potential kostengünstige Zucker für industrielle Biotechnologie zu liefern. Intensive Forschungsanstrengungen der letzten Jahre haben viel zum Verständnis der Zellwandbiosynthese und einer Vielzahl der daran beteiligten Gene und Proteine beigetragen. Es wird klar, dass Pflanzen einen ausgeklügelten Feedback-Mechanismus zur Anpassung der Zellwandzusammensetzung haben, über den sie auf Umwelteinflüsse oder biotechnologische Eingriffe reagieren. Diese regulatorischen Mechanismen führen zu umfangreichen Veränderungen der Zellwandkomposition und -anreicherung und sind ein wichtiger Aspekt der Biomassenerzeugung. Dennoch ist über diese Prozesse bislang nur sehr wenig bekannt. Die größte Gruppe an Proteinen denen eine Beteiligung an Feedback-Signalen von der Zellwand zugesprochen wird, sind die Rezeptor-ähnlichen Kinasen (RLK). Mein Ziel ist die Erforschung der von RLKs vermittelten Prozesse der Zellwand-Sensorik über molekularbiologische und biochemische Methoden. Das Projekt hat zwei Aufgabenstellungen: (1) Charakterisierung von RLKs welche an der Signaltransduktion der sekundären Zellwand beteiligt sind. (2) Identifizierung von RLK Liganden über Ko-Transformation von Kandidatenliganden und RLK-Konstrukten mit getauschten Proteindomänen.Potentielle RLKs, welche kleine Moleküle wie Peptide oder Zucker erkennen könnten, sind in einer vorangegangen Ko-Expressionsstudie identifiziert worden (Oikawa et al., 2010). Die Lokalisation einiger ebenfalls ko-exprimierter Kandidatenliganden in der Plasmamembran legt nahe, dass diese Auslöser von Signaltransduktionswegen sein könnten. Das experimentelle Setup der RLK Aktivierung durch verschiedene Liganden ist von essentieller Bedeutung um letztlich Liganden zu identifizieren. Daher werden die bereits charakterisierten RLK Proteine EFR und WAK1, welche in Zusammenhang mit Immunabwehr bzw. Zellwand-Signaltransduktion stehen, als Positivkontrollen dienen. In einem Screen nach RLK-Liganden sollen chimäre RLKs mit einer Kinasedomäne von EFR oder WAK1 und einer Rezeptordomäne der zu untersuchenden RLKs transient in Tabak ko-transformiert werden. Eine Bindung der Liganden an den RLK Rezeptor kann sodann durch eine Zunahme an Ethylen (für Konstrukte mit EFR Kinasedomäne) oder reaktiver Sauerstoffspezies (für Konstrukte mit WAK1 Kinasedomäne) gemessen werden. Potentielle Zuckerliganden sollen über eine Bindung der Proteine an Glycoarrays untersucht werden. Des weiteren sollen mit den RLKs assoziierte Proteine und Liganden mittels Ko-Immunopräzipitation identifiziert und Knockout Mutanten charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden signifikant dazu beitragen die Kommunikation zwischen Zellwand und Zellinnerem besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Henrik Vibe Scheller