Die Evolution von RNA Helikasen und ihre Funktionen in der Regulierung der pflanzlichen geschlechtlichen und apomiktischen Fortpflanzung

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Anja Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278122162

Höhere Pflanzen nutzen sowohl sexuelle als auch asexuelle Fortpflanzung durch Samen (Apomixis). Im Gegensatz zur sexuellen Reproduktion führt Apomixis zur Bildung klonaler Nachkommen. Daher hat die Nutzung von Apomixis in Kulturpflanzen ein herausragendes Potential, um ertragreiche Sorten zu erhalten. Dieses langjährige Ziel umzusetzen gestaltet sich nachhaltig als schwierig, denn die genetischen Grundlagen sind nur unzureichend verstanden und noch immer ist wenig über die evolutionären Prozesse bekannt, die zur Ausbildung von Apomixis geführt haben.Zunehmende Evidenz spricht dafür, dass der Keimlinienentwicklung komplexe Prozesse der Genregulation unterliegen. Dabei wurde Apomixis wahrscheinlich durch eine Deregulierung des sexuellen Programms hervorgebracht. In Übereinstimmung damit haben wir jetzt durch vergleichende Transkriptomanalyse zwischen sexuellen und apomiktischen Boechera Akzessionen Unterschiede in der Expression von Genen gefunden, die für Zellzyklus, transkriptionelle und post-transkriptionelle Regulationen relevant sind. Zudem haben wir neue Kandidatengene vorgestellt, die möglicherweise in Beziehung zu Genen stehen, welche die sexuelle Fortpflanzung steuern. Auch die Wichtigkeit von RNA Helikasen für die Reproduktion wurde zuvor beschrieben. Insbesondere führen in Arabidopsis Mutationen in MNEME (MEM) zu einer Komponente von Apomixis. Mittlerweile haben wir weitere RNA Helikasen identifiziert, die für die Samenbildung notwendig sind. Um die Funktion von RNA Helikasen und Aspekte ihrer Evolution besser zu verstehen, wurden durch Sequenzierung allelische Varianten verschiedener sexueller und apomiktischer Boechera Akzessionen identifiziert. Bemerkenswerter Weise unterscheiden sich die analysierten Gene deutlich in den Eigenschaften ihrer allelischen Varianten. Während einige, die vermutlich generellen Entwicklungsprozesse unterliegen, kaum Unterschiede aufweisen, könnten Mutationen in Allelen apomiktischer Akzessionen bestimmter Gene, z.B. MEM, von Bedeutung für Apomixis sein.Das Ziel des beantragten Projektes ist es, verschiedene Strategien zu integrieren, um zu einem umfassenderen Verständnis der Genregulation beizutragen, die der Apomixis unterliegen. Dafür ist geplant die Transkriptomanalysen auf weitere frühe Stadien der Keimlinienentwicklung auszuweiten, um die relevanten Unterschiede in der Genexpression zwischen sexuellen Pflanzen und Apomikten im größeren Zusammenhang zu beschreiben. Um die Rolle von RNA Helikasen für Apomixis detaillierter zu untersuchen sollen Arabidopsis Pflanzen die Mutationen in einem der Gene tragen, gezielt auf Elemente von Apomixis zu untersucht werden. Zudem werden die Linien, die eine Mutation tragen, mit Allelen aus sexuellen und apomiktischen Boechera komplementiert, um die funktionelle Relevanz apomiktischer Allele zu untersuchen. Durch diese Studie können bedeutende neue Erkenntnisse über die genetischen Grundlagen und molekularen Mechanismen, die Apomixis verursachen, gewonnen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen