Subzelluläre Analyse der Dynamik metabolischer Netzwerke bei hoher CO2 Konzentration

• Antragsteller: Professor Dr. Arnd Göran Heyer; Professor Dr. Thomas Nägele; Professor Dr. Dirk Walther
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455960298

Photosynthese und Primärstoffwechsel höherer Pflanzen sind eng miteinander verwoben, und bei Veränderungen von Umweltbedingungen muss der pflanzliche Metabolismus rasch reagieren, um Zelltod und Gewebeschädigung zu verhindern. Die Untersuchung der metabolischen Justierung in sich verändernden Umwelten wird jedoch erschwert durch ein hohes Maß an Kompartimentierung pflanzlicher Zellen. Gestützt auf Befunde aus der ersten Projektphase zielt dieses Folgeprojekt auf die quantitative Erfassung der Dynamik subzellulärer metabolischer Netzwerke unter erhöhter atmosphärischer CO2 Konzentration (eCO2). Hierbei soll eine Kombination von kompartimentspezifisch aufgelösten Analysen auf Metabolom- und Proteomebene, Transkriptomanalyse und mathematischer Modellierung zum Einsatz kommen. Ein wichtiges Ziel ist die quantitative Erfassung der Rolle dreier Enzyme mit unterschiedlicher subzellulärer Lokalisation und einer gemeinsamen Rolle in der Photorespiration. Unsere bisherigen Arbeiten ergaben Evidenzen für eine Rolle von HEXOKINASE 1 (HXK1) in der Photorespiration und eine mögliche Interaktion mit HYDROXYPYRUVAT REDUKTASE 1 (HPR1) sowie dem mitochondrialen Transporter A BOUT DE SOUFFLE (BOU). Im vorgeschlagenen Projekt wollen wir daher die Rolle von HXK1 in subzellulären Dynamiken des Primärstoffwechsels unter eCO2 aufklären und nachweisen, wie eine HXK1-Defizienz photorespiratorischen Stoffwechsel beeinflusst. Die Kombination von subzellulär aufgelösten Metabolom- und Proteom-Studien mit Transkiptomuntersuchungen soll zeigen, welche Konsequenzen die Mutationen hpr1 und bou haben, wie sie mit eCO2 interagieren und in welcher Beziehung sie zu HXK1 stehen. Dazu soll eine auf Genomebene integrierte Plattform der Analyse des subzellulären Stoffwechsels erstellt werden. Das Projekt verfolgt das Ziel, Transkriptom- und Proteom-Dynamiken für eine kontext-spezifische Netzwerkrekonstruktion zu nutzen, die eine subzellulär aufgelöste Analyse von Metabolitdynamiken erlaubt. Dabei sollen Übereinstimmungen und Unterschiede rekonstruierter Netzwerke für Transkriptom und Proteom genutzt werden, um die Interaktion photorespiratorischer Reaktionen aufzuklären und zu zeigen, wie diese mit HXK1 wechselwirken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen