Entschlüsselung molekularer Mechanismen, die Energiemangel-Signale in die Samenentwicklung integrieren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während ihrer Reproduktionsphase reagieren Pflanzen empfindlich auf eine unzureichende Versorgung mit Kohlenhydraten (C) und organischen Stickstoffverbindungen (N). Um es der Pflanze zu ermöglichen diesen äußerst Ressourcen intensiven Prozess an innere und äußere Einflüsse anzupassen, bedarf es eines ausgeklügelten Regulationsnetzwerkes. Während die Bedeutung des Wachstumshormons Auxin für die Reproduktion, z. B. die Entwicklung von Samen und das Wachstum von Seitentrieben bekannt ist, verdichten sich die Hinweise, dass die Verfügbarkeit von C bei der Initiierung gerade dieser Entwicklungsprozesse von größter Relevanz ist. Aus diesem Grund war das Ziel transkriptionelle Regulatoren zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren, die in der Lage sind, Informationen über den vorherrschenden C-Status in die Bildung von Blütenstanden und Samen zu integrieren. Unter Verwendung von Einzel- und Mehrfachmutanten, sowie induzierbarer Überexpressionslinien von Gruppe S1 basic leucine zipper (S1-bZIP) Transkriptionsfaktoren (TFs) konnten wir die weitgehend redundante Funktion dieser Faktoren bei der Etablierung der Wachstumsdominanz des primären Blütenstandes und des Samenertrags aufdecken. Diesbezüglich zeigten umfassende, gewebsspezifische Metabolit Analysen eine deutliche Verschiebung der C- und N-Allokation von den apikalen zu den lateralen Organen in den S1-bZIP Mutanten, was darauf hindeutete, dass diese Regulatoren für die Fokussierung dieser Ressourcen auf den primären Blütenstand wesentlich sind. Mittels einer Kombination aus gewebsspezifischen Transkriptom Analysen, Transaktivierungsstudien und DNA-Bindungstests konnten wir spezifische SWEET Zuckertransporter, die am Zuckerexport aus C reichen Blättern zu den C verbrauchenden apikalen Geweben wichtig sind, sowie eine zentrale Glutaminase als direkte S1-bZIP Zielgene identifizieren. Weiterführende Mutanten-Analysen dieser Zielgene bestätigten zudem ihren Einfluss auf den S1-bZIP assoziierten Sprossverzweigungsphänotyp. Da wir zeigen konnten, dass die Proteinmenge des Gruppe S1 Faktors, bZIP11, negativ durch den Signalzucker Trehalose-6-Phosphat beeinflusst wird, der die Verfügbarkeit von Saccharose widerspiegelt, stellen S1-bZIPs gute Kandidaten dar, um die C- abhängige Entwicklungsplastizität der Sprossverzweigung zu vermitteln. Auf diese Weise könnte die Pflanze ihre Sprossarchitektur und den Samenertrag an sich ändernde Umweltbedingungen anpassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The transcription factor bZIP11 acts antagonistically with trehalose 6-phosphate to inhibit shoot branching.
Hellens, A. M.; Kreisz, P.; Humphreys, J. L.; Feil, R.; Lunn, J.E.; Dröge-Laser, W.; Beveridge, C. A.; Fichtner, F.; Weiste, C. & Barbier, F. F.
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S 1 basic leucine zipper transcription factors shape plant architecture by controlling C/N partitioning to apical and lateral organs. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(7).
Kreisz, Philipp; Hellens, Alicia M.; Fröschel, Christian; Krischke, Markus; Maag, Daniel; Feil, Regina; Wildenhain, Theresa; Draken, Jan; Braune, Gabriel; Erdelitsch, Leon; Cecchino, Laura; Wagner, Tobias C.; Ache, Peter; Mueller, Martin J.; Becker, Dirk; Lunn, John E.; Hanson, Johannes; Beveridge, Christine A.; Fichtner, Franziska ... & Weiste, Christoph
