Broytherm - Thermomorphogenese als Mechanismus zur Anpassung an erhöhte Temperaturen in der Evolution früher Landpflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Quint
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440536505

Die Amplitude zwischen Minimal- und Maximaltemperaturen, denen ein pflanzlicher Organismus im Laufe eines Lebenszyklus ausgesetzt ist, ist bei Landpflanzen wesentlich größer als bei Pflanzen, die in aquatischen Lebensräumen beheimatet sind. Insbesondere erhöhte Umgebungstemperaturen zählen somit zu den wichtigsten abiotischen Faktoren, an die sich Pflanzen beim Schritt von Wasser an Land anpassen mußten. Wir wissen, daß die phänotypische Plastizität von eudikotyledonen Landpflanzen groß genug ist, um sich an erhöhte Wachstumstemperaturen mithilfe architektonische Veränderungen des Sprosses anpassen zu können. Dabei nutzen sie Teile des Lichtsignalweges, um Wachstumsmuster in höheren Temperaturen zu koordinieren. Wie dieser Mechanismus, die sogenannte Thermomorphogenese, ursprünglich entstanden ist, ist unbekannt. Wir wissen ebenfalls nicht, ob Bryophyten (Physcomitrella patens und Marchantia polymorpha), deren Body plan den ersten terrestrischen Pflanzen vermutlich relativ ähnlich ist, Thermomorphogenese als Anpassungsmechanismus nutzen. In diesem Projekt werden wir deshalb die Reaktion von Bryophyten auf erhöhte Umgebungstemperaturen detailliert charakterisieren und Thermomorphogenese sowohl auf morphologischer, als auch auf physiologischer Ebene inklusive der von Temperaturstimuli ausgelösten Signalkaskade analysieren. Neben vergleichenden Ansätzen werden wir auch die Reaktion auf Temperatur in erster Linie im Lebermoos Marchantia polymorpha unvoreingenommen analysieren. Dafür generieren wie hochauflösende Transkriptomdatensätze sowie Phosphoproteomdaten, um Signalmodule via Konstruktion genregulatorischer Netzwerke basierend auf machine learning zu identifizieren. Auf diese Art und Weise wollen wir in diesem Projekt morphologische und molekulare Daten miteinander kombinieren, um die Reaktion von Bryophyten auf erhöhte Umgebungstemperaturen besser verstehen zu können. Auf dieser Basis ist es dann möglich, weiterführende Experimente zu entwickeln, die die evolutionäre Entstehung solcher Mechanismen und deren Rolle bei der Terrestrialisierung von Pflanzen adressieren.

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