Organspezifische DNA-Bindung und Transkriptionsregulation durch floral homöotische Transkriptionsfaktoren

• Antragsteller: Dr. Cezary Smaczniak
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408478570

Transkriptionsfaktoren interagieren mit spezifischen DNA-Sequenzen, um die Expression bestimmter Gene zu kontrollieren, und damit ihre biologischen Funktionen auszuüben. In Pflanzen sind MADS-Domänen-Transkriptionsfaktoren wichtige Hauptregulatoren der Blütenentwicklung, indem sie als sogenannte homöotische Regulatoren wirken. Ihre Rolle besteht darin, die vier Arten von Blütenorganen - Kelchblätter, Kronblätter, Staubblätter und Fruchtblätter - zu spezifizieren, welche aus meristematischen Stammzellen entstehen. Homöotische Regulatoren interagieren miteinander und bilden organspezifische Dimere und höhergeordnete Proteinkomplexe. Jeder Proteinkomplex besitzt potenziell eine andere DNA-Bindespezifität, die abhängig ist von den DNA-Bindepräferenzen einzelner Dimere, dem bevorzugten Abstand der Bindestellen, Wechselwirkungen mit Nicht-MADS-Cofaktoren sowie der DNA-Struktur. Während wir bereits mittels SELEX-Seq die DNA-Bindespezifität einzelner MADS-Dimere analysiert haben, sind die anderen Faktoren noch immer wenig verstanden. Dies ist jedoch entscheidend, um den cis-regulatorischen Code zu verstehen, welcher der Organspezifikation in Pflanzen zugrunde liegt.In diesem Projekt beabsichtige ich, komplexspezifische DNA-Bindestellen von homöotischen Regulatoren zu charakterisieren. Wir werden den Einfluss des Bindestellen-Abstands auf die DNA-Bindepezifität von höhergeordneten Komplexen mittels DAP-seq analysieren und Proteindomänen identifizieren, die an der Bestimmung der DNA-Bindespezifität beteiligt sind. Wir werden auch die Auswirkungen von Interaktionen mit NonMADS-Cofaktoren auf die Bindestellenselektion und regulatorische Spezifität (Aktivierung oder Repression von Zielgenen) untersuchen. Hier werden wir untersuchen, wie Co-Repressoren an einen Teil der Ziel-DNA-Regionen rekrutiert werden und wie verschiedene homöotische Komplexe diese Rekrutierung beeinflussen. Wir werden eine Kombination von Cofactor-ChIP-seq und genetischen Ansätzen verwenden. In unserer Analyse werden wir neue Ergebnisse mit verfügbaren ChIP-seq- und Chromatinstruktur-Daten integrieren. Außerdem werden wir regulatorische Elemente in wichtigen organspezifischen Zielgenen von homöotischen Regulatoren funktionell charakterisieren. Dazu werden wir die CRISPR-Cas9-Methode für gezielte Mutagenese von DNA-Bindestellen einsetzen und Blütenphänotypen der mutierten Pflanzen untersuchen. Darüber hinaus werden wir detaillierte Expressionsanalysen von neuen Zielgenen durchführen, die in unseren Analysen als Schlüsselziele für die Spezifizierung von Blütenorganen vorhergesagt werden. Zusammenfassend wird dieses Projekt hochmoderne Technologien kombinieren, um den cis-regulatorischen Code zu verstehen, welcher der Spezifikation von Blütenorganen zugrunde liegt. Daher bietet dieses Projekt eine konzeptionelle Basis für die Bestimmung der genomischen Grundlage der Zelltyp-Spezifikation ausgehend von pflanzlichen Stammzellen, unter Verwendung der Blütenentwicklung als Modellsystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen