Molekulare Analyse der lichtabhängigen rhythmischen Regulation in einer marinen Diatomee

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Kroth
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445964465

Diatomeen gehören zu einer sehr diversen Gruppe von Algen und sind verantwortlich für einen großen Teil der Nettoprimärproduktion in aquatischen Systemen. Darüber hinaus sind sie eine evolutionäre Besonderheit, da sie durch sekundäre Endosymbiose entstanden sind, also durch Aufnahme einer eukaryotischen Alge durch eine eukaryotische Wirtszelle. Daher weisen Diatomeen einen anderen genetischen Hintergrund auf als Grünalgen und Landpflanzen. Wie die meisten Organismen, erfahren Diatomeen täglich einen Licht/Dunkelwechsel und ihre biologischen Prozesse zeigen ein rhythmisches Verhalten, um sich daran anzupassen. Obwohl kürzlich gezeigt wurde, dass Diatomeen solche Rhythmen auch unter Dauerlicht beibehalten können, was auf einen endogenen circadianen Oszillator hinweist, sind die Mechanismen der Rhythmik in Diatomeen noch völlig unbekannt. Interessanterweise konnten in Diatomeen-Genomen bislang keine der bisher aus Pflanzen und Tieren bekannten Gene für Komponenten der circadianen Uhr entdeckt werden. Dies deutet darauf hin, dass die circadiane Uhr in Diatomeen anders strukturiert sein könnte. Das Ziel des Projektes ist daher, mit Hilfe der komplementären Expertisen von zwei Arbeitsgruppen aus Frankreich und Deutschland, die Mechanismen rhythmischer Prozesse in der Modell-Diatomee Phaeodactylum tricornutum zu untersuchen, und ihre physiologische Bedeutung zu verstehen.Dieses Projekt basiert auf wichtige bisherige Arbeiten der beiden Teams: So konnte gezeigt werden, dass i) Diatomeen sowohl Licht-Signale aus der Umwelt, wie auch eine endogene circadiane Uhr verwenden, um tägliche Abläufe zu regulieren, ii) der bHLH-PAS- Transkriptionsfaktor RITMO1 als erster bekannter Regulator von circadianen Rhythmen in Diatomeen fungiert, iii) verschiedene Photorezeptoren, welche die Transkriptionsaktivität beeinflussen können (Aureochrome und Cryptochrome), offenbar entscheidende Faktoren für die Regulation der Uhr sind, und dass iv) beide Teams bereits eine Reihe von Photorezeptor- und RITMO1-KO-Mutanten erstellt haben, die für die geplanten von großer Bedeutung sind, sowie Ansätze, um rhythmische Prozesse in der Alge zu untersuchen. Die gemeinsamen Ressourcen bieten hier eine ideale Möglichkeit, um die circadiane Uhr von Algen und ihr Entrainment zu untersuchen. Durch den Vergleich von Wildtyp und Mutanten sind umfangreiche Studien der Rhythmik und der Rolle von Photorezeptoren als Stellgröße möglich. Durch Transkriptom-Analysen der RITMO1-Mutante sollen weitere RITMO1-Interaktionspartner identifiziert werden, sowie durch verschiedene Ansätze Bindungsstellen von RITMO1 in Promoterbereichen identifiziert werden und Genom-weiten überprüft werden. Diese Bindestellen sollen zudem in Yeast One-Hybrid-Assays getestet und untersucht werden. Darüber hinaus sollen durch Co-Immunopräzipitation weitere Komponenten entdeckt werden. Das gemeinsame Ziel ist die Charakterisierung der Komponenten der ersten Regulationsschleife der circadianen Rhythmik in Diatomeen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Angela Falciatore, Ph.D.