Aufklärung der Funktion des CYBDOM-Proteins HYP1 beim Phosphormangel-abhängigen Primärwurzelwachstum

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolaus von Wirén
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437991832

Die Nährstoffverfügbarkeit im Boden hat einen starken Einfluss auf das Wurzelwachstum und die Wurzelentwicklung. Außer den Effekten, die durch einzelne Nährstoffe ausgelöst werden, kann auch das Zusammenspiel verschiedener Elemente Wurzelentwicklungsprozesse beeinflussen. Aktuelle Studien zeigten, dass das Übergangsmetall Eisen (Fe) die Wurzelelongation unter niedrigem Phosphor (P)-Angebot hemmen kann, indem es ein komplexes Zusammenspiel von Redoxreaktionen und Signaltransduktionsprozessen im Wurzelapex von P-Mangelpflanzen auslöst. Über den grundlegenden Mechanismus der Fe-abhängigen Redox-Aktivität in Wurzeln ist jedoch noch wenig bekannt. Durch die Kombination von Transkriptomanalyse, Bioinformatik und reverser Genetik in Arabidopsis thaliana konnten wir ein neuartiges Cytochrom-b561 / Dopamin-ß-Monooxygenase-N-terminales (CYBDOM) -Protein identifizieren, das vermutlich apoplastische Redoxreaktionen unter Verwendung von intrazellulärem Ascorbat als Elektronendonator antreibt. Unsere eigenen Vorarbeiten bewiesen, dass das identifizierte Protein, das wir als „HYPERSENSITIVE TO LOW P 1“ (HYP1) bezeichnet haben, für das Aufrechterhalten des Wurzelwachstums bei niedriger P-Verfügbarkeit entscheidend ist. Die Hauptziele dieses Projekts sind daher: i) die genetische Verbindung zwischen HYP1 und anderen molekularen Akteuren, die das Wurzelwachstum bei niedrigem P regulieren, zu bestimmen und zu analysieren, wie sich die HYP1-Lokalisierung in bestimmten Wurzelzonen auf die zellbiologischen Reaktionen in Zonen auswirkt, in denen dieses Protein nicht exprimiert wird; ii) HYP1- und Ascorbat-abhängige Redoxveränderungen in Wurzeln unter P-Mangel zu charakterisieren und die Rolle von HYP1 bei Fe(III) Reduktion oder Ascorbat-Regeneration im Apoplasten zu untersuchen; und iii) die biochemische Funktion von HYP1 und das funktionelle Zusammenspiel zwischen dem Cytochrom-b561-Kern des Proteins und der DOMON-Domäne zu bestimmen. Um diese Ziele zu erreichen, werden genetische Ansätze mit histochemischen, zellbiologischen, biochemischen und pharmakologischen Methoden kombiniert. Die Ergebnisse dieses Projekts werden die biochemische und physiologische Funktion eines noch wenig charakterisierten Ascorbat-abhängigen Transmembran-Elektronentransports über CYBDOMs aufklären. Darüber hinaus bietet die Charakterisierung von HYP1 einen möglichen Weg zur Verbesserung der Stresstoleranz von Wurzeln durch Manipulation der Redox-Aktivität in Wurzelapoplasten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen