Zusammenspiel von MLO-Proteinen und Proteinen des Exocyst-Komplexes bei der lokalisierten Sekretion in Pflanzenzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Panstruga
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411779037

Sessiles multizelluläres Leben und die Entwicklung von Pflanzen beruht neben anderen Faktoren auf der Fähigkeit, zelluläre Polarität während Zellteilung, Zellelongation, Differenzierung, Reproduktion und Pathogenabwehr zu etablieren, aufrecht zu erhalten und zu modifizieren. Trotz erheblichen Fortschritts im Aufdecken der fundamentalen Prozesse, die in die Regulation eukaryotischer Zellpolarität involviert sind, ist das Verständnis dieser Vorgänge in Pflanzen bestenfalls lückenhaft. Unsere beiden Labore trafen von zwei unterschiedlichen Startpunkten ausgehend auf die Möglichkeit einer unerwarteten gemeinsamen Involvierung von Exocyst- und MLO-Proteinen in die Regulation gezielter Exozytose (Sekretion) hin zu spezifischen kortikalen Domänen von Pflanzenzellen. Exocyst ist ein evolutionär konservierter cytoplasmatischer Komplex, der in die Anbindung von sekretorischen Vesikeln im Zuge von der Hinführung von Komponenten des sekretorischen Weges zu spezifischen Plasmamembrandomänen involviert ist. Dieser ist auch in Pflanzen präsent und aktiv. Im Gegensatz hierzu ist die grundlegende molekulare Funktion pflanzenspezifischer integraler Membranproteine der MLO Familie, die ursprünglich im Zuge der Pilzabwehr in Angiospermen identifiziert wurden, trotz zahlreicher Bemühungen ihre Funktionsweise aufzuklären weiterhin unbekannt. Jedoch deuten kürzlich erhaltene Befunde die Möglichkeit an, dass MLO-Proteine in die Regulation gezielter Sekretion in Pflanzen involviert sind. Unpublizierte Beobachtungen unserer beiden Labore zeigen, dass Arabidopsis Funktionsverlustmutanten von MLOs und der Exozyst-Untereinheit EXO70H4 nahezu identische phänotypische Defekte in der Biogenese sekundärer Zellwände von Blatthaaren (Trichomen) aufweisen, insbesondere die Abwesenheit von gezielter Deposition des Kohlenhydrat-Polymers Kallose. Darüber hinaus deuten vorläufige Daten eine mögliche wechselseitige Abhängigkeit der subzellulären Lokalisation von MLOs und Exocyst--Proteinen an. In unserem gemeinsamen Projekt planen wir die molekularen Mechanismen der MLO-Aktivität im Kontext der Exocyst-Funktion in polarisierter Sekretion aufzuklären. Hierzu werden wir Trichome als ein Modellsystem für die Biogenese sekundärer Zellwände (lokalisierte Kallose-Deposition) verwenden und eine Kombination genetischer (Mutanten, Transgene), biochemischer (Proteomik) und zellbiologischer Ansätze verwenden, die alle in unseren beiden Laboren etabliert sind. Da sowohl MLO-Proteine als auch der Exozyst-Komplex polarisierte Zellwandmodifikationen nach Pathogenbefall modulieren, werden wir die kombinierte Expertise unserer beiden Labore einsetzen, um das Zusammenspiel dieser Proteine auch in diesem biologischen Kontext zu ergründen. Unsere vereinten Anstrengungen sollen substantiell zur Aufklärung des geheimnisvollen Mechanismus der MLO-Proteine und des Exozyst-Komplexes beitragen, und dies sowohl im Kontext der Pflanzenentwicklung als auch in pathogenen biotischen Interaktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Dr. Viktor Zarsky