Evolution der pflanzlichen Zellwand: Aufklärung notwendiger Veränderungen für das Leben an Land durch Untersuchungen an streptophytischen Algen und Moosen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Birgit Classen
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440046237

Der mit dem Landgang der Pflanzen verbundene evolutionäre Druck machte Veränderungen der pflanzlichen Zellwand notwendig, um sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Zunächst wird die sequentielle Extraktion der Zellwände aller MAdLand Organismen in Verbindung mit der Analyse der Monosaccharide einen Überblick über die Gesamtzusammensetzung der Zellwände und Unterschiede über einen breiteren phylogenetischen Bereich ermöglichen. Die weiteren Arbeiten werden sich auf streptophytische Algen und Moose konzentrieren, da ihre Vorfahren am Übergang vom Leben im Wasser zum Leben an Land beteiligt waren. Dabei werden wir Arabinogalaktan-Proteine (AGPs) und Pektine isolieren und charakterisieren, wobei sich beide Makromolekülgruppen durch einen höchst komplexen Aufbau auszeichnen. In der ersten Projektphase konnten wir zeigen, dass AGPs in Moosen und Farnen ungewöhnliche Strukturmerkmale aufweisen, vor allem terminale 3-O-Methylrhamnose, ein Monosaccharid, welches in Angiospermen nicht vorkommt. Während wir in Chara sp. (Charophyceae) keine AGPs nachweisen konnten, detektierten wir in Spirogyra pratensis (Zygnematophyceae) AGP-ähnliche Moleküle, bei denen Arabinose nahezu komplett durch Rhamnose ersetzt ist. Um diese Erkenntnisse weiter zu untersuchen, werden wir nun auch die neuen Modell-Algen Zygnema circumcarinatum und Mesotaenium endlicherianum und ergänzend Mougeotiopsis calospora und Coleochaete scutata sowie das Lebermoos Riccia fluitans und Suspensionskulturen des Hornmooses Anthoceros agrestis mit in die Untersuchungen einbeziehen. Vorkommen und Aufbau von Pektinen in streptophytischen Algen und Moosen ist nicht abschließend geklärt. Homogalakturonan scheint in allen grünen Organismen vorzukommen, aber die Erkenntnisse über das Vorkommen von Rhamnogalakturonan-I (RG-I) und –II (RG-II) in Moosen und streptophytischen Algen basieren hauptsächlich auf der Interaktion mit Antikörpern, die gegen pektinische Glykanmotive gerichtet sind. Daher werden wir RG-I und RG-II aus Chara, Spirogyra, Riccia und Anthoceros isolieren und strukturell charakterisieren. Weiterhin werden wir Antikörper gegen AGPs und Pektine einsetzen, um die analytische Strukturaufklärung zu komplettieren. Diese Antikörper werden zusätzlich für eine Immunlokalisation im pflanzlichen Gewebe genutzt, um erste Hinweise auf Funktionen dieser Moleküle in diesen Organismen zu erhalten. Zusätzlich werden bioinformatische Suchen nach Genen für Protein-Rückgrate von AGPs und Glykosyltransferasen, die an den Biosynthesen von AGPs und Pektinen beteiligt sind, durchgeführt. Insgesamt werden unsere biochemischen und bioinformatischen Arbeiten die Hauptmerkmale der Zellwand identifizieren, die für die Eroberung des Landes notwendig waren. Dies wird das Wissen über molekulare Anpassungen früher Landpflanzen erweitern und zur Aufklärung der Natur des letzten gemeinsamen Vorgängers aller Landpflanzen sowie des Vorgängers der streptophytischen Algen und der Landpflanzen beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2237: MAdLand - Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung