Die Kernregulatoren der Zellwand-Integrität bei Landpflanzen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Aurélien Boisson-Dernier, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451735121

Pflanzliches Zellwachstum ist ein komplexer Prozess, bei dem die durch den Turgor vermittelte Streckung der vorhandenen Zellwand durch Sekretion von neusynthetisiertem Zellwandmaterial kompensiert werden muss. Höhere Pflanzen haben Mechanismen zur Erhaltung der Zellwandintegrität entwickelt, die den Zustand der extrazellulären Zellwand überwachen und mit intrazellulären Prozessen koordinieren, um wachstumsbedingte Defekte zu verhindern. Diese Mechanismen werden durch ein gleichermaßen komplexes wie robustes Zusammenspiel von Malectin-ähnlichen Transmembranrezeptoren (MLR = malectin-like receptors), deren Liganden der RALF (rapid alkalinisation factor) Familie und nachgeordneten Effektoren, wie beispielsweise der Rezeptor-ähnlichen zytoplasmatischen Kinase MARIS (MRI) aus der PTI1 Familie, orchestriert.In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana regulieren die MLR AtFERONIA und ihre nächsten Homologen AtANXUR1/2 oberhalb von AtMRI die Zellwandintegrität von spitzenwachsenden Wurzelhaaren bzw. Pollenschläuchen. Diese Regulationskaskade ist jedoch aufgrund von komplexen, z.T. partiellen, funktionellen Redundanz-Beziehungen zwischen den Multigen-Familien der Regulatoren schwer zu untersuchen.Wir haben vor kurzem gezeigt, dass die Zellwandintegrität von wachsenden Rhizoiden in der stammesgeschichtlich früh von den Blütenpflanzen abgezweigten Landpflanze Marchantia polymorpha ebenfalls die Funktion der Rezeptor-ähnlichen Kinasen MpFER und MpMRI benötigt. Beide existieren in Marchantia als Einzelgene. Ein genetisches Programm der Zellwandintegrität von Rhizoiden wurde demnach schon früh in der Evolution der Landpflanzen etabliert und nachfolgend durch die Gefäßpflanzen für Wurzelhaarwachstum und viel später Wachstum der Pollenschläuche, der männlichen Gametophyten der Pflanze, adaptiert.Im vorliegenden Antrag schlagen wir vor, die morphologische und genetische Primitivität sowie die Konservierung des MLR/PTI1-abhängigen genetischen Regulationsschemas von Marchantia zu nutzen, indem wir MpFER und MpMRI als Ankerpunkte für Protein-Protein Interaktionsstudien und genetische Screens gefolgt von „Next Generation Sequencing“ Strategien verwenden. Auf diese Weise werden wir Interaktionspartner und nachgeordnete Komponenten der MLR/PTI-ähnlichen Signaltransduktion finden, die die Zellwandintegrität regulieren. Vergleichende Studien dieser neuen Regulatoren und ihrer Homologe in Marchantia und Arabidopsis werden wertvolle Beiträge zum Verständnis der Kontrolle des Zellwandwachstums von Pflanzen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen