Entschlüsselung molekularer Mechanismen, die Energiemangel-Signale in die Samenentwicklung integrieren

• Antragsteller: Dr. Christoph Weiste
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408153945

Entschlüsselung molekularer Mechanismen, die Energiemangel-Signale in die Samenentwicklung integrieren Ein hoher Ertrag an Samen ist zur Ernährungssicherung erstrebenswert und hängt bedeutend von einem reibungslosen Ablauf der Samenentwicklung ab. Es ist hier gut erforscht, dass die frühen embryonalen Entwicklungsphasen durch Auxin-vermittelte Transkriptionskontrolle gesteuert werden. Zudem konnte belegt werden, dass die frühen Stadien der Samenausbildung empfindlich auf Umwelteinflüsse reagieren, die den pflanzlichen Energiehaushalt beeinträchtigen. Diese Art von Stress führt zur deutlichen Reduktion von Samenanlagen. Auch wenn diese Reaktion als dynamisch hinsichtlich der Energieverfügbarkeit der Pflanze charakterisiert worden ist, konnten molekulare Mechanismen, die diesen Prozess regulieren nicht ausgemacht werden.In vorangegangenen Arbeiten konnten wir zeigen, dass basic leucine ZIPper 11 (bZIP11) verwandte Transkriptionsfaktoren (TF) Signale der Energieverarmung in Auxin-vermittelte Wachstumsprozesse integrieren. Mechanistisch wird dies durch die Expressionskontrolle von spezifischen Aux/IAAs bewerkstelligen, die negative Regulatoren des Auxin Signalwegs, des Auxin Transports und daher auch der Auxin gesteuerten Meristem-Aktivität darstellen. Da eine erhöhte bZIP Expression zu einer reduzierten Samenbildung führt und Transkripte der bZIP11 verwandten TF, welche energieabhängig translatiert werden, in den frühen Samenanlagen akkumulieren, vermuten wir, dass sich ein wachstumsregulierendes SnRK-bZIP System evolviert hat, dass die Auxin-gesteuerte Samenentwicklung an vorhandene Energiereserven anpasst. Ausschließlich während den frühen Entwicklungsphasen agierend, könnte dieses System die Umverteilung von verbleibenden Ressourcen auf nahezu vollständig ausgebildete Samen steuern, um somit das Überleben der nachfolgenden Generation unter Energiemangelbedingungen zu gewährleisten. Um diese Hypothese zu testen, wollen wir zunächst die lokalen Expressionsdomänen und -kinetiken der bZIP11 verwandten TF während der Embryogenese charakterisieren. An den definierten, bZIP abhängigen Samenstadien werden wir anschließend die Auswirkungen einer bZIP Missexpression auf den embryonalen Auxin-Signalweg und die Embryo-Morphologie in bZIP Überexpressionslinien und Verlustmutanten studieren. Die gewonnenen Ergebnisse werden den Einfluss der bZIP11 verwandten TF in der Energie-abhängigen Kontrolle der Embryonalentwicklung aufdecken. Abschließend soll eine Kombination aus RNAseq und ChIPseq Techniken helfen, die bZIP kontrollierten Genexpressions-Netzwerke zu entschlüsseln, um somit Einblicke in die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen zu erlangen. Zusammenfassend, wird dieses Projekt wichtige Erkenntnisse liefern, wie Energiemangelbedingungen molekular die Samenentwicklung regulieren können. Dieses Wissen wird zum einen die Grundlagenforschung zur pflanzlichen Stressanpassung, als auch die Entwicklung Stress-toleranter Kulturpflanzen fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen