Regulation und Funktion der Arabidopsis UMAMIT Aminosäure Transporter im Rahmen der Dunkel-induzierten Seneszenz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen besitzen eine enorme Plastizität, um ihren Stoffwechsel an das schwankende Energieangebot in einer natürlichen Umgebung anzupassen. Kürzlich konnten wir SnRK1 (Snf1-RELATED PROTEIN KINASE1) und das nachgeschaltete Netzwerk der C/S1 bZIP (BASIC LEUCINE ZIPPER) Transkriptionsfaktoren als ein entscheidendes Modul definieren, das katabole Prozesse zur Aufrechterhaltung der Energiehomöostase der Pflanze kontrolliert. Unter Nutzung der DIS (Dark Induced Senescence) als experimentelles System, wurde eine Kollektion von S1 bZIP Mutanten phänotypisch und durch Transkriptom- sowie ChIPseq- Analysen funktionell charakterisiert. Während bZIP2, bZIP11 und bZIP44 keine Funktion im Rahmen der DIS zugeordnet werden konnte, kontrollieren die redundant agierenden bZIP1 und bZIP53 ein Co-Expressionsnetzwerk, das den Aminosäure (AS)-katabolismus und -transport, die Glukoneogenese und die Energiehomöostase steuert. Darüber hinaus regulieren diese bZIP-Faktoren die Asparagin-Glutamin-Balance, die essentiell für die C/N- Homöostase der Pflanze ist. Es konnte gezeigt werden, dass die transkriptionelle Reprogrammierung für das Überleben unter Mangelbedingungen und die Wiederherstellung der meristematischen Aktivität nach Erholung von Stress essentiell sind. Diese Untersuchungen vermitteln damit wichtige Einblicke in die Kontrolle des Ressourcen- und Energiemanagements der Pflanze unter Mangelbedingungen. Als zweites Projekt ließen sich AtAVT6D und UMAMIT33 (USUALLY MULTIPLE AMINO ACIDS MOVE IN AND OUT TRANSPORTER33) als AS-Transporter in Pflanzen identifizieren. Die zugehörigen Gene werden während der DIS stark transkriptionell induziert und durch das SnRK1-bZIP1/bZIP53-Modul kontrolliert. Für UMAMIT33 konnte eine Loklaisierung im Tonoplasten nachgewiesen werden, was auf eine Funktion bei der zellulären AS- Verteilung hindeutet. Nach DIS-induziertem Proteinabbau/Autophagie sind Transporter erforderlich, um AS aus der Vakuole in das Zytosol zu transportieren. Daher wurden umamit33-, umamit-Mehrfach- und umamit33/atavt6d-Doppelmutanten sowie Misexpressionslinien hergestellt. Leider wurden keine phänotypischen Veränderungen in der DIS-Reaktion oder der zellulären AS-Verteilung beobachtet, was eine funktionelle Bedeutung der Transporter im Rahmen der DIS unterstützt hätte. Funktionelle Redundanz wäre eine mögliche Erklärung. Weitergehende Untersuchungen zur funktionellen Bedeutung im Rahmen der DIS und der Ressourcenverteilung während der Keimlingsetablierung werden z.Zt. durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The evolutionarily conserved kinase SnRK1 orchestrates resource mobilization during Arabidopsis seedling establishment. The Plant Cell, 34(1), 616-632.
Henninger, Markus; Pedrotti, Lorenzo; Krischke, Markus; Draken, Jan; Wildenhain, Theresa; Fekete, Agnes; Rolland, Filip; Müller, Martin J.; Fröschel, Christian; Weiste, Christoph & Dröge-Laser, Wolfgang
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S 1 basic leucine zipper transcription factors shape plant architecture by controlling C/N partitioning to apical and lateral organs. openRxiv.
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.; Mueller, Martin J.; Becker, Dirk; Lunn, John E.; Hanson, Johannes; Beveridge, Christine A.; Fichtner, Franziska; Barbier, Francois F. & Weiste, Christoph
