Identifizierung und Charakterisierung von Faktoren für chloroplastidäre RNA-Edierung in Nicotiana tabacum

• Antragsteller: Dr. Michael Philipp Tillich
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250969564

C-zu-U RNA-Edierung ist ein essentieller Bestandteil der Expression chloroplastidär kodierter Gene und somit essentiell für die Biogenese der Chloroplasten. Chloroplastidärere RNA-Edierung weist eine hohe evolutionäre Dynamik auf. So besitzt Nicotiana tabacum (Tabak) 40 chloroplastidäre Edierungsstellen, aber nur 19 hiervon treten auch in Arabidopsis thaliana auf. Insgesamt wurden bislang ca. 140 unterschiedliche RNA-Edierungsstellen in den Chloroplasten der Samenpflanzen identifiziert.In Tabak wurde eine Reihe an cis-Elementen kartiert, die für die Erkennung der Edierungsstellen verantwortlich sind. Hierfür ist Tabak der Modelorganismus der Wahl, da das Chloroplastengenom gezielt manipuliert werden kann. In Arabidopsis hingegen wurden, mit Hilfe der vorhandenen Genomsequenz und durch genetische Screens, einige der wahrscheinlich ausschließlich kernkodierten Edierungsfaktoren identifiziert. Um chloroplastidäre RNA Edierung systematisch untersuchen zu können, ist jedoch beides wünschenswert: die gezielte Manipulation der kernkodierten Edierungsfaktoren und der in cis wirkenden Elemente im Chloroplastengenom.Hierzu wird dieses Forschungsprogramm Tabak als Modellorganismus einsetzten. Um dies zu ermöglichen wurden die bisher unbekannten Gensequenzen der mutmaßlichen Edierungsfaktoren von Tabak abgeleitet und eine bioinformatische Vorhersagemethode für Edierungsfaktor/Edierungsstellen-Paare aus 22 Arten der Angiospermen entwickelt.In diesem Forschungsprogramm sollen bioinformatisch vorhergesagte Edierungsfaktoren durch revers-genetische Ansätze in Tabak bestätigt und ausgewählte Faktoren durch molekularbiologischen Methoden genauer charakterisiert werden. Parallel hierzu wurden und werden Kandidaten für neuartige Komponenten der chloroplastidären Edierungsmaschinerie durch RNA-Affinitätschromatographie isoliert und hinsichtlich einer Funktion für RNA-Edierung charakterisiert werden. Dieser Ansatz wird durch ein effizientes in vitro Edierungssystem komplettiert.Die Ergebnisse aus diesen Arbeiten werden eine Reihe experimenteller Möglichkeiten eröffnen um in der Zukunft spezifische Fragestellungen zu beantworten, wie es in Arabidopsis nicht möglich ist. So wird es in Tabak möglich sein (i) die Interaktion zwischen cis-Elementen und Edierungsfaktoren durch die genetische Manipulation beider Interaktionspartner gezielt zu untersuchen, (ii) Edierungsfaktor/Edierungsstellen-Paare aus anderen Arten, die schwer oder gar nicht molekular-genetisch zugänglich sind, in Tabak zu testen, (iii) die Wechselwirkung zwischen RNA-Edierung und andern Prozessen, wie Spleißen oder der Translation, durch Chloroplastentransformation mit zu studieren und (iv) Strategien zu entwickeln um mittels RNA Edierung chloroplastidäre Gene kontrolliert an- oder auszuschalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen