RhoGTPase Signalwege bei der doppelten Befruchtung in Arabidopsis und Mais (A15)

• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170483403

Die doppelte Befruchtung ist ein entscheidender Schritt in der Entwicklung von Samenkörnern bei Blütenpflanzen und deshalb wesentlich für den Ertrag in der Landwirtschaft. Während der doppelten Befruchtung verschmelzen zwei männliche Spermazellen mit zwei weiblichen Gameten, worauf sich letztere in Embryo und Endosperm entwickeln. Hierfür ist es entscheidend, dass Pollenschläuche gerichtet durch das Blütengewebe wachsen und die Spermazellen zu den weiblichen Gameten transportiert. (Bleckmann et al., 2014; Dresselhaus et al., 2016). Das Pollenschlauchwachstum basiert auf polarem Spitzenwachstum, bei dem über mehrere Kontrollmechanismen die Ausdehnung und Stabilität der Zelle reguliert werden müssen. Die RhoGTPasen „RHO OF PLANTS“ (ROPs) sind wichtig, um diese Kontrollmechanismen zu steuern. Die Aktivität von ROPs wird von aktivierenden „ROP guanine nucleotide exchange factors“ (ROPGEFs) und inaktivierenden „GTPase-Activating Proteins“ (GAPs) gesteuert (Qin and Yang, 2011). In früheren Studien wurden dabei nur einzelne Proteine und Mechanismen untersucht. Wir und andere konnten jedoch zeigen, dass mehrere dieser Proteine gemeinsam oder nacheinander in der gleichen Zelle agieren. Zusätzlich konnten wir zeigen, dass in Wurzelhaarzellen unterschiedliche ROPGEFs verschiedene Aufgaben erfüllen, da sie entweder die Lokalisierung oder die Aktivität eines ROPs bestimmen (Denninger et al., 2019). Auf Grund der Beobachtung unterschiedlicher Funktionen von ROPGEFs in Wurzelhaaren stelle ich die Hypothese auf, dass auch in Pollenschläuchen verschiedene Aspekte ROP gesteuerter Signalwege von unterschiedlichen ROPGEFs reguliert werden. Ein besseres Verständnis der Funktion von ROPGEFs während des Wachstums von Pollenschläuchen wird dabei auch unser Verständnis der Entwicklung von Samen erweitern.In diesem Projekt werden wir die spezifischen Funktionen von drei, vorwiegend im Pollenschlauch produzierten, ROPGEFs während des Spitzenwachstums und der Interaktion des Pollenschlauches mit dem weiblichen Gametophyten in Arabidopsis thaliana untersuchen. Wir werden die Funktionen der einzelnen ROPGEFs in Hinblick auf die Lokalisierung und die Aktivierung von ROPs untersuchen und dafür Kalziumsignale und die Organisation des Aktinzytoskeletts, die durch ROPs reguliert werden, analysieren. Um die Allgemeingültigkeit dieser Mechanismen in unterschiedlichen Pflanzen zu prüfen, werden wir die Funktion von ROPGEFs in Pollenschläuchen von Zea mays mithilfe von unterschiedlichen Mutanten untersuchen und dies mit den Erkenntnissen aus Arabidopsis vergleichen. Zusätzlich werden wir die bisher unerforschten ROP Signalwege im weiblichen Gametophyten von Arabidopsis analysieren. Vorbereitende Untersuchungen haben gezeigt, dass zumindest ein ROPGEF in diesem Gewebe vorhanden ist und wir werden zeigen welche anderen Komponenten des ROP Signalweges vorhanden sind und welche Funktionen sie für die doppelte Befruchtung haben.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 924: Molekulare Mechanismen der Ertragsbildung und Ertragssicherung bei Pflanzen
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Teilprojektleiter: Dr. Philipp Denninger