Bestimmung der Rolle von MIRNA156 Genen und ihrer Regulierung während der Reproduktionsphase bei einjährigen und ausdauernden Arten der Brassicaceae (Kreuzblütler)

• Antragsteller: Professor Dr. George Coupland, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391673110

MicroRNAs (miRNAs) sind kurze nicht-kodierende RNAs. Sie stabilisieren regulatorische Kreisläufe und entwicklungsrelevante Weichenstellungen, indem sie an Boten-RNA (mRNA) binden und dadurch deren Funktion hemmen. Reife miRNAs entstehen durch die Weiterverarbeitung längerer miRNA-Vorstufen (pri-miRNA), welche ihrerseits durch MIRNA (MIR) Gene kodiert werden. Die Regulation und die Expressionsmuster reifer miRNAs zu verstehen ist kompliziert, da jede miRNA durch mehrere MIRs kodiert wird. Dies macht es häufig unmöglich die genaue Position von miRNAs in regulatorischen Signalwegen zu bestimmen. Bei Pflanzen hemmt miR156/7 die Expression von SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE (SPL) Transkriptionsfaktoren, die eine wichtige Rolle bei unterschiedlichen Entwicklungsaspekten spielen, darunter die Einleitung der Blühphase und die Blütenentwicklung. Reife miR156/7 wird in der Modellart Arabidopsis thaliana von insgesamt 12 Genen kodiert; die Funktion und die Expressionsmuster der einzelnen MIR156/7 Gene in der Sprossspitze, dort wo die Blütenbildung stattfindet, sind jedoch nahezu unbekannt. Wir und unser chinesischer Kooperationspartner (Professor Jiawei Wang, Chinese Academy of Sciences, Shanghai), mit dem wir bereits bei der Analyse zur Rolle reifer miRNA156 kooperiert haben, schlagen vor, zusammen die Funktion von MIR156/7 Genen systematisch zu analysieren. Gemeinsam beabsichtigen wir zu bestimmen, welche der MIR Gene für Regulation des Blühverhaltens und für die Identität eines Blüh-Meristems von Bedeutung sind. Durch CRISPR-cas9 Genome Editing wurden in beiden Laboratorien bereits erfolgreich Mutationen in allen MIR156/7 Genen erzeugt. Von diesen werden wir für jedes Gen mindestens zwei Loss-of-Function-Mutationen isolieren. Parallel dazu werden anhand von Gen-Fusionen mit fluoreszierenden Reporterproteinen in der Sprossspitze und in sich entwickelnden Blüten zeitliche und räumliche Expressionsmuster für jedes MIR Gen bestimmt. Auf Grundlage dieser Expressionsmuster werden Kombinationen verschiedener mir156/7 Mutanten erstellt und ihre Auswirkungen auf das Blühverhalten phänotypisch bestimmt. In gleicher Weise werden die Reporterproteine dazu verwendet, um die Regelung der Transkription jedes der MIR156/7 Gene in der Sprossspitze hinsichtlich von Transkriptionsfaktoren, Umweltsignalen, Hormonen und Metaboliten, die bei der Regulierung reifer miR156/7 eine Rolle spielen, zu verfolgen. Schließlich werden wir, basierend auf den Ergebnissen in A. thaliana, zudem bestimmen, welche MIR156/7 Gene in mehrjährigen Verwandten von A. thaliana eine Rolle spielen. Insgesamt werden diese systematischen Untersuchungen zeigen, welche MIR156/7 Gene für die Einleitung der Blühphase und für die Identität eines Blüh-Meristems eine Rolle spielen; und sie werden grundlegende Informationen liefern, um diese in die regulatorischen Signalwegen der frühen Stadien der Reproduktionsphase zu integrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jia-Wei Wang