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FOR 5098:  Innovation und Koevolution in der sexuellen Reproduktion von Pflanzen - ICIPS

Fachliche Zuordnung Biologie
Förderung Förderung seit 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431732981
 
Frühe Landpflanzen haben die Herausforderung der Ausdehnung ihres Verbreitungsgebiets fernab von Wasserquellen gemeistert und waren dabei ständig der Gefahr des Austrocknens ausgesetzt. Folglich haben sich ihre sexuelle Fortpflanzungsstrategien hin zur Unabhängigkeit von freiem Wasser entwickelt. Mehrere wichtige Neuerungen entstanden innerhalb der Landpflanzen, wie z. B. Sporen, die Spermazellen transportieren und Samenanlagen, die den weiblichen Gametophyten enthalten. Die Evolution der sexuellen Fortpflanzung bei Landpflanzen liefert bemerkenswerte Beispiele für grundlegende biologische Konzepte wie „Innovation“ (z. B. die Entstehung neuer Fortpflanzungsstrukturen wie Samenanlagen und Pollenschläuche) und „Koevolution“ (z. B. zwischen Signalpeptiden und Rezeptoren, mikroRNAs und ihren Zielgenen, Gennetzwerken, und ROS-Produktion und Sensorik). Die dem zugrundeliegende evolutionäre Dynamik und molekularen Mechanismen sind jedoch nur unzureichend verstanden. ICIPS vereint sieben unabhängige Forschungsgruppen mit komplementärer Expertise in Entwicklungsbiologie, Zellbiologie und Evolutionsbiologie. Mit bioinformatischer Unterstützung wollen wir die molekularen Mechanismen aufklären, die Innovationen in der pflanzlichen Reproduktion vorantreiben. ICIPS konzentriert sich insbesondere auf die Evolution von Transkriptionsregulations-Familien, microRNAs, der Rolle reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) bei der Fortpflanzung sowie von Kommunikationssystemen zwischen männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorganen. Wir setzen eine Kombination modernster Methoden ein, darunter zelluläre Bildgebung mit genetisch kodierten Biosensoren, räumliche Transkriptomik, Metabolomik und Genom-Editierung, und wenden sie auf Lebermoose (Marchantia), Laubmoose (Physcomitrium), Farne (Ceratopteris) und Blütenpflanzen (Mais und Arabidopsis) an. In der ersten ICIPS-Phase haben wir einen evolutionsgeschichtlichen Rahmen geschaffen, gen-editierte Mutanten- und Reporterlinien etabliert, die Evolution von Proteininteraktionen untersucht, die Grundlage für ROS-Dynamik Analysen im reproduktiven Kontext geschaffen, und die notwendigen bioinformatischen Ressourcen für vergleichende Omics-Analysen zwischen Landpflanzen entwickelt. In der zweiten Förderperiode wollen wir Veränderungen auf molekularer Ebene identifizieren, die der Evolution von Genregulationsnetzwerken und Signal-/Kommunikationssystemen zugrunde liegen, die für pflanzliche Fortpflanzung wichtig sind. Darüber hinaus fördert das ICIPS die Entwicklung einer Gemeinschaft junger Forscher, die in Deutschland auf dem Gebiet der Evolutions- und Zellbiologie arbeiten und routinemäßig Ansätze aus der Molekulargenetik mit bioinformatischen Methoden kombinieren, die sie in diversen Landpflanzenlinien anwenden. Ziel ist es, ICIPS als Zentrum für diese Gemeinschaft zu etablieren, das Experten aus relevanten Disziplinen zusammenbringt, um Koevolution und Innovation in der sexuellen Fortpflanzung von Landpflanzen zu erforschen.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen

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