Evolution regulatorischer Netzwerke in der Steuerung entwicklungsbiologischer Adaptationen und von Akklimatisierungsmechanismen in Charophyceen als Bestandteil der Anpassung an das Leben an Land

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang R. Hess
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440274755

Pflanzen differenzieren spezialisierte Zelltypen, Gewebe und Organe, die für ihr Leben an Land, ihren photosynthetischen Lebensstil und für das Gedeihen in ihrer jeweiligen ökologischen Nische von grundlegender Bedeutung sind. Alle differenzierten Zellen stammen letztendlich von Stammzellen, undifferenzierten, pluripotenten Vorläufern ab. Während der Ontogenese werden an bestimmten Stellen kleinere Stammzellpopulationen, sogenannte Stammzellnischen, aufrechterhalten. Typische Stammzellnischen in Pflanzen existieren innerhalb des Wurzel-, Spross- und Gefäßmeristems. In diesen Stammzellnischen stellt ein präzise ausbalanciertes Gleichgewicht zwischen regulatorischen Faktoren sicher, dass der undifferenzierte, pluripotente Status aufrechterhalten wird, während an der Peripherie Zellen in spezifische Differenzierungswege eintreten können. Um den Zelldifferenzierungsstatus zu kontrollieren, besitzen Pflanzen mehrere Mechanismen, darunter spezialisierte Transkriptionsfaktoren und MicroRNAs. Unsere Schlüsselhypothese ist, dass sich die Mechanismen, die den komplexen Bauplänen der Landpflanzen zugrunde liegen, in spezifischen Mitgliedern der Charophyten entwickelt haben und dass es durch die Charakterisierung der molekularen Funktionen spezifischer Regulatoren möglich ist, den Evolutionsprozess zu verfolgen. Daher folgt dieses Projekt der Hypothese, dass die Entstehung dieser Regulationsmechanismen in der frühen Landpflanzenevolution von zentraler Bedeutung war. Wir werden uns auf das Chara braunii-Modell konzentrieren, aber mit Erkenntnissen vergleichen, die bei anderen Algen und bei Landpflanzenmodellen wie Arabidopsis und Physcomitrium gewonnen wurden. In Chara braunii stellen die zentralen Knotenzellen Kandidaten für pluripotente Zellen dar, die wir auf Einzelzellebene genauer charakterisieren werden. Wir werden die Funktion ausgewählter Regulatoren in der Kontrolle von Zelldifferenzierungsprozessen und der Chloroplastendifferenzierung, sowie die Reaktion auf ausgewählte abiotische Stressfaktoren untersuchen. Während der Schwerpunkt auf Charophyten liegt, wird der systematische Abgleich mit Daten von Moosen und Farnen auf Basis öffentlich zugänglicher Datensätze und insbesondere durch Kooperationen innerhalb des SPP vorangetrieben. Darüber hinaus werden wir unsere Bioinformatik-Expertise in der Analyse von Genexpressionsdatensätzen und RNA:RNA-Interaktionen einbringen sowie Chara braunii Material und Kulturen bereitstellen und somit das Konsortium als Ganzes stärken.

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