Funktionelle Charakterisierung des lateralrootless 1 Gens von Mais

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Hochholdinger
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317530843

Lateralwurzel vergrößern die absorbierende Oberfläche von pflanzlichen Wurzelsystemen erheblich. In Mais werden Lateralwurzeln von Phloempol Perizykelzellen aller Wurzeltypen gebildet. Die Maismutante lateral rootless 1 (lrt1) zeigt Defekte in der Initiation der Lateralwurzeln in den embryonal angelegten Primär- und Seminalwurzeln, aber nicht in den postembryonalen sprossbürtigen Wurzeln. Als Vorarbeit für diesen Antrag haben wir ein lrt1 Kandidatengen durch Kombination von Feinkartierung und BSA-seq identifiziert. Dieses Kandidatengen kodiert ein DCAF1 (DDB1-CUL4 ASSOCIATED FACTOR 1) Protein, das Teil des CULLIN4-basierten E3 Ligase (CRL4) Komplexes ist.Übergeordnetes Ziel dieses Antrags ist es, die an der Lateralwurzelinitiation in Mais beteiligen molekularen Prozesse besser zu verstehen. Dies soll in zwei Teilprojekten erreicht werden.Erstens soll ein Doktorand (3 Jahre) durch Erzeugung neuer Mutantenallele mit Hilfe von Genomeditierung bestätigen, dass lrt1 ein DCAF Homolog kodiert. Parallel dazu sollen durch Genomeditierung Mutanten des paralogen Gens lrt1-like und Doppelmutanten der beiden Gene hergestellt werden. Die Wurzelsysteme dieser Mutanten sollen anschließend phänotypisch und cytologisch analysiert werden. Nach Annotation der funktionellen Domänen von LRT1 und LRT1-LIKE und phylogenetischen Analysen soll die Genexpression von lrt1 und lrt1-like detailliert in verschiedenen Wurzeltypen, Geweben und Mutanten mit Hilfe von qRT-PCR und in situ Hybridisierungsexperimenten untersucht werden. Um nachzuweisen, dass LRT1 und LRT1-LIKE kanonische DCAF Proteine sind, sollen subzelluläre Lokalisierungs- sowie Stabilitätsexperimente und Interaktionsexperimente dieser Proteine mit den Mais Homologen von DDB1 durchgeführt werden. Schließlich sollen mit Hefe-2-Hybridexperimenten neue Substratproteine von LRT1 identifiziert und anschließend mit BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) validiert werden. Ausgewählte neue Substratproteine sollen schließlich einer ersten Charakterisierung unterzogen werden, die dann in der zweiten Förderperiode durch Mutantenanalysen ergänzt werden.Zweitens soll ein Postdoktorand (2 Jahre) die cytologischen und histochemischen Charakteristika von Phloempol und Xylempol Perizykelzellen in Wildtyp und lrt1 Wurzeln in drei Entwicklungsstadien untersuchen. Diese entsprechen in Wildtypwurzeln dem frühen Priming, der Bildung von Perizykel Vorläuferzellen und der Initiation von Lateralwurzeln. Anschließend sollen lrt1-abhängige Transktriptomnetzwerke von Phloempol und Xylempol Perizykelzellen und Ihre Umprogrammierung während der Entwicklung studiert werden. Dies wird durch Isolation von Mais Xylempol und Phloempol Perizykelzellen durch Laser Mikrodissektion und durch Expressionsstudien dieser Zelltypen in Wildtyp und lrt1 Wurzeln nach RNA-seq Experimenten zu den drei oben beschriebenen Entwicklungszeitpunkten erreicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen