Transkriptionsregulation der Asymmetrie der Zygote in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Laux
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392561620

Ein fundamentaler Schritt in der Pflanzenentwicklung ist Teilung der Zygote in die Vorläuferzellen für den Embryo and den Suspensor. In vielen Arten, einschließlich der Modellpflanze Arabidopsis, ist die Zygote polar organisiert und teilt sich asymmetrisch in diese zwei Zellen mit unterschiedlicher Morphologie und Schicksal, wodurch die apikal-basale (Spross-Wurzel) Achse der Pflanze hervortritt. Im Gegensatz zu den Tieren, ist die Zygote bei Pflanzen transkriptional aktiv, einschließlich der Regulatorgene für Polarität und asymmetrische Teilung. Das bedeutet, daß die Pflanzen Mechanismen während der Evolution entwickelt haben müssen, durch die diese Programme spezifisch in der Zygote aktiviert werden.Während der letzten Förderungsperiode konnten wir zeigen, daß diese Aktivierung durch das Zusammenwirken von Information beider Eltern gewährleistet wird. Von der väterlichen Seite löst das SHORT SUSPENSOR (SSP) Membraneprotein die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors WRKY2 aus, der für die polare Lokalisation von Zellkern und Vakuolen und anschließend für die asymmetrische Teilung der Zygote notwendig ist. Dies geschieht durch die transkriptionelle Aktivierung des Mastergens WUSCHEL HOMEOBOX8 (WOX8) nach der Befruchtung. Von der mütterlichen Seite, haben wir die Transkriptionsfaktoren HOMEODOMAIN GLABROUS11/12 (HDG11/12) als neue Regulatoren der Zygotenasymmetrie und des WOX8 Gens entdeckt. Diese Ergebnisse legen ein neues Konzept nahe wie mütterliche und väterliche Informationen in der Zygote integriert werden, um die Entwicklung des Embryos zu regulieren.Das Ziel des Vorhabens ist es, zu verstehen wie diese Prozesse gesteuert werden. Dabei verfolgen wir drei Schwerpunkte: (1) Wir haben vor den Einfluß von direkter Interaktion zwischen WRKY2 und HDG11/12 auf Regulation der Zygote aufzuklären. (2) Wir wollen untersuchen, wie die transkriptionelle Aktivierung von WOX8 auf die Zygote und ihren basalen Nachkommen beschränkt wird. (3) Wir wollen aufklären, wie Transkriptionsprogramme in der Zygote in Entwicklungsmerkmale umgewandelt werden. Um diese Fragestellungen zu bearbeiten, werden wir genetische, biochemische and molekularbiologische Herangehensweisen kombinieren. Zusätzlich zu unseren publizieren Ergebnissen haben wir bereits umfangreiche Vorarbeiten für dieses Projekt durchgeführt, einschließlich Transkriptomsstudien und Proteininteraktionsanalysen, sowie die Herstellung vieler molekularer Werkzeuge, wodurch eine zügige Bearbeitung der vorgeschlagenen Experimente gewährleistet ist. Wir gehen davon aus, daß das beantragte Vorhaben zu entscheidenden Fortschritten in unserem Verständnis der pflanzlichen Embryoentwicklung führen wird. Im größeren Zusammenhang kollaborieren wir mit internationalen Kollegen um das erworbene Wissen für die Regeneration wichtige Nutzpflanzen über somatische Embryogenese nutzbar zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen