Molecular mechanisms of abiotic stress-induced senescence in plants

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Hörtensteiner (†); Professor Dr. Bernd Müller-Röber; Professor Dr. Frank Van Breusegem, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263402999

Abiotischer Stress wie beispielsweise extreme Temperaturen, Wassermangel, Dunkelheit oder oxidativer Stress führen in vielen Pflanzen zu verfrühter Seneszenz. Interessanterweise jedoch induzieren Wassermangel und niedrige Temperaturen keine Seneszenz in der austrocknungstoleranten Pflanze Haberlea rhodopensis, und Dunkelheit führt erst nach langer Inkubationszeit zu sichtbaren Seneszenzsymptomen. Da die molekularen Mechanismen der durch abiotischen Stress induzierten Seneszenz bisher kaum bekannt sind, sollen diese im vorliegenden Antrag unter Verwendung von genetischen und genomorientierten Ansätzen auf der Transkriptom-, Proteom- und Metabolomebene untersucht werden. Das Projekt hat vier ineinander verzahnte Arbeitspakete: In AP1 sollen die genregulatorischen Netzwerke der zwei NAC-Transkriptionsfaktoren ATAF1 und RD26, die beide die stress-induzierte Seneszenz in Arabidopsis thaliana modulieren, mittels ChIP-seq, RNA-seq und ChIP-Proteomics entschlüsselt werden. Die genregulatorischen Netzwerke, die die Expression von Genen für Chlorophyll-abbauende Enzyme kontrollieren, sind bisher nahezu unbekannt und sollen daher in AP2 identifiziert und charakterisiert werden. Ein klarer Kandidat hierfür ist der NAC-Faktor SHYG, der das Gen CYP89A9, das für ein Chlorophyll-abbauendes Enzym kodiert (gezeigt von Partner P2), in seiner Aktivität beeinflusst (Partner 1). Weitere Transkriptionsregulatoren des Chlorophyll-Abbaus sollen mittels molekular-genomischer Methoden im Konsortium identifiziert werden. Darüber hinaus wird Partner P2 eine neue LC-MS-basierte Plattform für die Charakterisierung von Chlorophyll-Abbauprodukten etablieren. In AP3 sollen die genetischen Netzwerke der Wasserstoffperoxid-induzierten Zelltods und der Seneszenz untersucht werden. Dazu wurde die Katalase-defiziente Mutante cat2-2 im Vorfeld einer EMS-Mutagenese unterzogen. Im Rahmen des hier beantragten Projektes sollen nun zehn Revertanten, die im Gegensatz zur Ausgangsmutante keinen Wasserstoff-induzierten Zelltod mehr zeigen, funktionell in Bezug auf ihre stressinduzierte Seneszenz charakterisiert werden. In AP4 sollen die molekularen Mechanismen der Seneszenz in H. rhodopensis untersucht werden. Dazu sollen zeitaufgelöste Transkriptom- und Metabolomprofile während der durch Dunkelheit induzierten Seneszenz gewonnen und seneszenzrelevante Gene und Metabolite inventarisiert werden. Ausgewählte seneszenzassoziierte H. rhodopensis-Gene sollen funktionell durch Transformation in A. thaliana charakterisiert werden. Durch die enge Interaktion der Partner im AbioSen-Projekt werden wichtige neue Erkenntnisse über die durch abiotischen Stress induzierte Seneszenz erwartet, die auch für die Pflanzenzüchtung von Bedeutung sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Bulgarien, Schweiz
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Tsanko Gechev