Biogenese von Peptid-Signalen für die Bildung der embryonalen Cuticula und die Entwicklung des Pollens

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Schaller
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454320907

Die Cuticula, eine hydrophobe Barriere die Pflanzen vor Wasserverlust schützt, hat den Übergang von Pflanzen aus ihrem ursprünglich wässrigen Milieu ans Land erst möglich gemacht. Die Bildung der embryonalen Cuticula erfordert die Kommunikation zwischen Embryo und Endosperm, die durch einen bi-direktionalen Signalweg ermöglicht wird. Zentrales Element dieses Signalwegs ist das Peptid Twisted Seed 1 (TWS1), das als inaktive Vorstufe vom Embryo produziert und sekretiert wird. Das inaktive Peptid diffundiert ins Endosperm, wo es durch die Subtilisin-ähnliche Protease ALE1 prozessiert und aktiviert wird. TWS1 wird dann von den Rezeptoren GSO1 und GSO2 in der embryonalen Epidermis perzipiert, wodurch die andauernde Produktion von Cuticula ausgelöst wird. Sobald die Cuticula vervollständigt ist, kann das Peptid die Barriere nicht mehr überwinden, und der Signalweg wird ausgeschaltet. Dieser molekulare Dialog stellt einen verlässlichen, selbst-regulatorischen Mechanismus für die Qualitätskontrolle der embryonalen Cuticula dar. Damit wird sichergestellt, dass die Cuticula vollständig ist, bevor die Keimung beginnt. Neben der C-terminalen Prozessierung durch ALE1, ist auch eine N-terminale Prozessierung für die Aktivierung von TWS1 erforderlich. In vorläufigen Arbeiten wurde SBT1.8 als mögliche Protease für die N-terminale Prozessierung identifiziert. Hier werden wir die Rolle von SBT1.8 in der Biogenese von TWS1 analysieren, insbesondere ihre Abhängigkeit von post-translationaler Sulfatierung von Tyrosin für die Substraterkennung. Die für die Substraterkennung entscheidenden Reste werden durch Strukturmodellierung identifiziert und durch zielgerichtete Mutagenese bestätigt. Weiter werden wir die Expression von SBT1.8 im sich entwickelnden Samen, und ihren Beitrag zur Reifung von TWS1 in vivo analysieren. TWS1 gehört zur Peptidfamilie der Casparian Strip Integrity Factors (CIFs). CIF3 und CIF4 wurden als Liganden der GSO Rezeptoren bestätigt, aber ihre physiologische Funktion ist unbekannt. Vorläufige Daten zeigen, dass CIF3 und CIF4 als auch die GSO Rezeptoren an einem Signalweg beteiligt sind, der für die männliche reproduktive Entwicklung gebraucht wird. Der zweite Teil dieses Projektes konzentriert sich auf die Charakterisierung dieses Signalwegs, insbesondere auf die Identifizierung und Charakterisierung der Proteasen, die für die Aktivierung von CIF3 und CIF4 während der Antheren- und Pollenentwicklung erforderlich sind. Mit Hilfe einer auf Inhibitoren basierenden Funktionsverlustanalyse sollen die Gewebe identifiziert werden, in denen diese Proteasen aktiv, und für die Reifung von CIF3 und CIF4 erforderlich sind. Kandidaten-Proteasen, die in diesen Geweben exprimiert werden, werden sowohl in vitro als auch in vivo hinsichtlich ihrer Fähigkeit CIF3 und CIF4 zu prozessieren charakterisiert. Die physiologische Relevanz dieser Proteasen für die Reifung von CIF3 und CIF4 in vivo wird in genetischen Komplementationsstudien untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen