Identifizierung und Charakterisierung von Bestandteilen des Mechanismus zur Überwachung der funktionalen Integrität pflanzlicher Zellwände

• Antragsteller: Dr. Timo Engelsdorf
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246277104

Die funktionelle Integrität pflanzlicher Zellwände muss aufrechterhalten werden, damit die Zellwände ihre Funktionen in zellulären Entwicklungsprozessen und der Abwehr von biotischem und abiotischem Stress erfüllen können. Diese funktionelle Integrität wird durch die Zusammensetzung und die Struktur der Zellwände sowie durch den zellulären Stoffwechsel beeinflusst. Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass Zellwandschaden (ZWS) in Pflanzen wahrgenommen wird und spezifische kompensatorische Reaktionen auslöst. Diese Reaktionen umfassen Veränderungen in der Struktur und Zusammensetzung der Zellwand, in der Produktion von Phytohormonen, sowie in der Verteilung von löslichen Zuckern und Stärke. Insbesondere die ZWS-induzierte Umverteilung von Kohlenhydraten kann durch Manipulation des intrazellulären osmotischen Drucks unterdrückt werden. Das gastgebende Labor hat ein Modellsystem mit Arabidopsis-Keimlingen etabliert, um den Wirkmechanismus zu untersuchen, der die pflanzlichen Reaktionen auf ZWS reguliert. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werde ich zwei Teilprojekte bearbeiten. Im ersten Teilprojekt werde ich die Funktionen von Genen charakterisieren, die für ZWS-induzierte kompensatorische Veränderungen der Zellwandzusammensetzung notwendig sind. Basierend auf Transkript- und vorläufigen phenotypischen Daten wurden bereits mehrere Kandidaten-Gene mit Funktionen im Zellwandstoffwechsel und der ZWS-Antwort in Verbindung gebracht. Ich werde die vorläufigen Daten bestätigen und besonders in Hinblick auf eine detaillierte Charakterisierung der Zellwandzusammensetzung und Auswirkungen auf die Resistenz gegenüber Zellwand-penetrierenden Pathogenen erweitern. Durch diese Analysen werde ich die biologischen Funktionen der untersuchten Kandidaten-Gene ermitteln. Im zweiten Teilprojekt werde ich bisher unbekannte Komponenten der frühen Signalweiterleitung in der ZWS-Antwort identifizieren und charakterisieren. Es konnte bereits gezeigt werden, dass ZWS posttranslationale Proteinmodifikationen induziert. Für osmosensitive Aspekte der ZWS-Antwort ist zudem der mutmaßlich durch Dehnung induzierte Ca2+ Kanal MCA1 nötig. Daher werde ich untersuchen wie ZWS und die Behandlung mit einem Osmotikum das Phosphoproteom in Wildtyp- und mca1-Pflanzen verändern, um Proteine zu identifizieren, die als Reaktion auf die ZWS-Wahrnehmung in osmosensitiver Weise posttranslational modifiziert werden. Anschließend werde ich knock-out Mutanten der entsprechenden Kandidaten-Gene verwenden, um deren Funktion in der ZWS-Antwort und speziell der Umverteilung von Kohlenhydraten zu untersuchen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit einer Schnittstelle zwischen Pflanzenphysiologie, Zellbiologie und Phytopathologie und wird maßgebliche Informationen für einen Mechanismus liefern, der die verschiedenen Fachgebiete betrifft. Die neuen Erkenntnisse über Turgor-abhängige regulatorische Prozesse werden auch die Verbindung zwischen biophysikalischer und biochemischer Forschung stärken.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Norwegen, USA
• Beteiligte Institution: University of California, Berkeley ; Energy and Biosciences Institute
• Gastgeber: Professor Dr. Thorsten Hamann