Die Bedeutung vakuolärer Transporter für die Speicherung von Nährstoffen und die Detoxifizierung in Arabidopsis thaliana

• Antragstellerin: Dr. Melanie Krebs
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316850664

Die Vakuole und das trans-Golgi network/early endosome (TGN/EE) sind pflanzliche Kompartimente die sowohl für die Nährstoffspeicherung als auch für die zelluläre Entgiftung von zentraler Bedeutung sind. Primäre und sekundäre Transportvorgänge spielen für die Funktion dieser Kompartimente eine wichtige Rolle. Protonenpumpen wie die V-typ H+-ATPase (V-ATPase) erzeugen einen transmembranen Protonengradienten welcher von sekundären Transportern zum Transport von Nährstoffen und Ionen genutzt werden kann. Es ist bereits bekannt, dass es zwischen vakuolärer und TGN/EE V-ATPase in Arabidopsis thaliana eine funktionelle Spezifizierung gibt: So führt ein Verlust der vakuolären V-ATPase zu reduzierter Nitratspeicherung nicht jedoch zu einer Beeinträchtigung der Chloridakkumulation. Reduziert man hingegen die Menge der V-ATPase am TGN/EE so führt dies zu einer verringerten Salztoleranz. Innerhalb dieses Projekts soll nun die molekulare Basis dieser funktionellen Spezifizierung, anhand der Untersuchung der vakuolären und TGN/EE lokalisierten V-ATPasen und CLC Anionentransporter untersucht werden. Die Proteinfamilie der CLC Anionentransporter weist interessante Eigenschaften auf: (1) Trotz großer struktureller Ähnlichkeiten, funktionieren einige CLCs als Ionenkanäle (passiver Membrantransport) andere hingegen als Anionen/Protonen-Austauscher (sekundär aktiver Membrantransport). (2) Abhängig vom jeweiligen Selektivitätsfilter transportieren CLCs präferenziell Nitrat- oder Chlorid-Ionen. (3) Mitglieder der CLC-Proteinfamilie sind sowohl am TGN/EE als auch in der vakuolären Membran lokalisiert. Das Projekt gliedert sich in drei Teile: In Teil 1 werden die Spezifität/Redundanz der vakuolären und TGN/EE lokalisierten CLCs untersucht. Gegenstand der Untersuchungen in Teil 2 und 3 ist die Ko-Regulierung zwischen V-ATPase und CLCs an der Vakuole (Teil 2) und am TGN/EE (Teil 3). Das Forschungsprojekt profitiert von den Erfahrungen der französischen als und der deutschen Seite, da beide Partner führend, im Bereich des Membrantransports, in Arabidopsis thaliana sind. Die französische Seite verfügt über ausgezeichnete Expertise im Bereich der molekularen Physiologie und der Elektrophysiologie, welche durch Expertise in den Bereichen Zellbiologie und Durchführung von omics-Analysen, durch den deutschen Partner ergänzt wird. Die Kooperation wird eine detaillierte Untersuchung der Interaktion zwischen V-ATPasen und CLCs auf molekularer und zellulärer Ebene umfassen als auch die phänotypische Untersuchung ganzer Pflanzen unter Einfluss verschiedener Wachstumsbedingungen (Nitratkonzentration, Trockenstress, Salzstress). Das Forschungsprojekt wird neue Erkenntnisse im Hinblick auf die Regulierung primärer und sekundärer Transportvorgänge am TGN/EE und der Vakuole liefern. Zukünftig werden diese Ergebnisse von Nutzen sein um neue Kulturpflanzen mit verbesserter Nutzung von Stickstoff und erhöhter Toleranz gegenüber Trocken- und Salzstress zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Karin Schumacher
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Alexis de Angeli; Professorin Dr. Sophie Filleur