Funktionelle Analyse des Gerste Gens albostrians und dessen Bedeutung für die Ausbildung von Variegation und die Bildung von Chloroplasten (Akronym: ALBOSTRIANS)

• Antragsteller: Dr. Jochen Kumlehn; Professor Dr. Nils Stein
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317066570

Die albostrians Mutante zeigt einen charakteristischen Variegationsphänotyp des Blattes und ist eine der am besten charakterisierten Mutanten in Gerste (Hordeum vulgare L.). Der albostrians Phänotyp ist nicht vollständig transmissiv, d.h. auch homozygot mutierte Pflanzen können einen Wildtyp-Phänotyp aufweisen. Nachkommen solcher Pflanzen segregieren für Wildtyp-Grün (10%), Albino (10%) und Variegations- (80%) Phänotypen. Studien zu albostrians Gerste führten zur Entdeckung Retrograde-Signalling sowie der Kern-kodierten Plastiden-RNA-Polymerase NEP. Sie zeigten ausserdem, dass funktionelle Plastiden / Chloroplasten wichtig sind für die Pflanzen-Pathogen-Interaktionen und dass der genetische Apparat der Mitochondrien auf den Entwicklungs-/ Stoffwechselzustand der Chloroplasten reagiert.In einer vorangegangenen, nicht-DFG geförderten Projektphase, isolierten wir das dem albostrians Phänotyp zugrundeliegende Kern-kodierte Gerste Gen. Wir konnten die Genfunktion durch unabhängige Mutations-Analyse bestätigen. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass das mutmaßliche ALBOSTRIANS Protein in Chloroplasten lokalisiert ist.Das Gen albostrians ist ein wichtiger Faktor, der potenziell bei der nicht reversiblen Chloroplasten Reifung in der frühen Embryogenese beteiligt ist. Es ist daher für die Grundlagen- und angewandte Forschung von erheblicher Bedeutung mittels funktioneller Analyse dieses neu identifizierten Gens, ein besseres Verständnis der Gen-Funktion zu erreichen. Wir wollen die Hypothese prüfen, dass das albostrians Gen kein Plastom Mutator ist, wie ursprünglich vorgeschlagen, der direkt die Chloroplasten-DNA verändert, sondern direkt oder indirekt an der Biosynthese von Plastiden Ribosomen beteiligt ist. Wir wollen herausfinden, ob bei der Funktion von albostrians ein Schwellenwert der Aktivität / Konzentration des ALBOSTRIANS Proteins an der Ausbildung des Variegations-Phänotyps beteiligt ist.Folgende Analysen sind geplant:Funktionelle Validierung des identifizierten albostrians Gens durch Transgen-Analyse: Überexpression des WT-Gens in WT und MT genetischem Hintergrund; Genome Editing von WT albostrians durch RNAguided / Cas9, Überprüfung der Schwellenwert-Hypothese durch unterschiedlich verkürzte Proteine; heterologe Komplementation von Arabidopsis CIA2 / CIA2-like Mutanten mittels des Gerste albostrians Gens.Bestimmung der ultrastrukturellen Unterschiede zwischen Wildtyp (As / As, As / as) und mutierten albostrians Pflanzen; intraorganellare Lokalisation des ALBOSTRIANS Proteins um zu klären an welchem Punkt der Entwicklung die ALBOSTRIANS Dysfunktion zu Fehlen von Plastiden-Ribosomen und Variegation führt?Aufdeckung des Interaktions-Netzwerkes des albostrians Genproduktes: CHipSEQ mittels HA-markiertem albostrians Protein; Quantitative RNAseq; Yeast-two-Hybrid-Analyse; TILLING-Analyse des albostrians paralogen Gens der Gerste.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Thomas Börner