Lichtsignaltransduktion bei den frühen Landpflanzen Physcomitrella patens und Marchantia polymorpha

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ute Höcker
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310298882

Bei der Samenpflanze Arabidopsis ist die E3 Ubiquitinligase COP1/SPA ein zentraler negativer Regulator, der eine Lichtantwort im Dunkeln unterbindet. Sie steuert Wachstum und Entwicklung während des gesamten Lebenszyklus von Arabidopsis, z.B. Etiolierung des Keimlings, Schattenvermeidungsantwort und photoperiodische Induktion der Blütenbildung. Der COP1/SPA-Komplex besteht aus COP1 und SPA-Proteinen, die kooperieren, um positive Regulatoren der Lichtantwort, zumeist Transkriptionsfaktoren, in Dunkelheit zu ubiquitinieren. Licht inaktiviert diesen Komplex und bewirkt damit eine Stabilisierung dieser Transkriptionsfaktoren, die daraufhin das lichttypische Genexpressionsprofil anschalten. Während die Funktion von COP1/SPA bei Arabidopsis gut verstanden ist, ist die Evolution dieser essentiellen Faktoren in der Lichtsignaltransduktion bisher kaum untersucht worden. COP1 existiert auch bei Tieren, was auf ein sehr ursprüngliches Entstehen hinweist. SPA-Gene kommen hingegen nur bei Pflanzen vor. Dies spricht dafür, dass die Kooperativität der COP1/SPA-Funktion während der Evolution der "green lineage" entstanden ist, möglicherweise, damit die Aktivität von COP1 einer Kontrolle durch Licht unterliegen kann.COP1- und SPA-Orthologe findet man bei dem Laubmoos Physcomitrella patens und dem Lebermoos Marchantia polymorpha, die beide Modellorganismen der frühen Landpflanzen darstellen. Unsere genetischen Analysen zeigen, dass sich die Funktionen der Physcomitrella PpSPA-Gene wesentlich von denen der Arabidopsis Orthologe unterscheiden. Daher wird eine vergleichende Untersuchung der SPA- und COP1-Funktionen bei zwei Moosen und Arabidopsis wichtige neue Kenntnisse über die Evolution der Adaptationen an ambiente Lichtbedingungen, wie sie bei höheren Pflanzen zu finden sind, liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen