Koevolution gametophytischer Kommunikationssysteme durch RALF, EA1 und ROS-Signalvermittlung

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Dresselhaus
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431732981

Die Evolution der Gameten, Gametophyten und der Sexualorgane der Landpflanzen ging mit zahlreichen Anpassungen der gametischen/gametophytischen Kommunikationssysteme einher. Insbesondere die Anpassung an trockene Umgebungen ging mit einem Rückgang der Beweglichkeit der Samenzellen, der Entwicklung von Pollenkörnern (männlicher Gametophyt), die Schutz bieten, und dem Übergang von der direkten Kommunikation zwischen mobilen Gameten in Grünalgen zu männlichen und weiblichen Gametophyten einher. Darüber hinaus entstanden komplexere Kommunikationsmechanismen von Pollen und ihren Schläuchen mit weiblichen Fortpflanzungsstrukturen, wie z. B. Pollenschlauchleitgeweben und Samenanlagen. Daher haben wir die Hypothese aufgestellt, dass sich die gametophytischen Kommunikationssysteme schnell und vielfältig entwickelt haben, da artspezifische Mechanismen zur Erkennung der eigenen und zur Abwehr fremder Gametophyten/Gameten erforderlich waren. Mutationen in diesen Mechanismen werden als eine treibende Kraft der Artbildung gesehen, die zur Vielzahl der Angiospermenarten beitragen. In der ersten ICIPS-Förderphase untersuchen wir daher die (Ko-)Evolution und Funktion von Mitgliedern der RALF (Rapid ALkalinization Factor)-Signalpeptidfamilie, die spezifisch in Pollenschläuchen exprimiert werden, und vergleichen die Mechanismen zwischen Arabidopsis, Mais und basalen Landpflanzen. Außerdem untersuchen wir ihre Interaktionen mit Rezeptoren der CrRLK1L-Familie, LLG-Korezeptoren und LRX-Zellwandproteinen. Es wurde mit der Analyse einer Gräser-spezifischen Signalpeptidklasse begonnen, die nicht mit den RALFs verwandt ist (EA1-Box-Peptide; EA1s), da sie ´mit demselben CrRLK1L-Rezeptor interagieren. In der zweiten Förderphase wollen wir die Evolution und Funktion der EA1-Box verstehen, indem wir bisher nicht charakterisierte EA1-Box-haltige Proteine untersuchen. Die konkurrierende und/oder kooperative Bindung von RALFs und EA1s an denselben Rezeptor und/oder neue Rezeptoren soll ebenso untersucht werden wie die Aktivierung verschiedener membranständiger NADPH-Oxidasen (Respiratory Burst Oxidase Homologe, RBOHs in Pflanzen) als nachgeschaltete Zielproteine, die reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugen. Zusammenfassend verfolgt dieses Projekt drei Ziele: Erstens soll unser Verständnis dafür verbessert werden, wie gametophytische Signalwege über verschiedene Pflanzenarten hinweg konserviert sind; zweitens soll erforscht werden, wie sich Peptidliganden entwickelt haben, um sowohl mit bestehenden als auch mit neuartigen Rezeptoren zu interagieren; und drittens soll untersucht werden, wie neuartige Signalpeptide in den Gräsern entstanden sind. Darüber hinaus soll dieses Projekt im Rahmen des Verbundprojekts A (CP-A) klären, (iv) ob der Übergang von mobilen zu immobilen Spermazellen mit einem Verlust oder einer Zunahme von sekretierten Signalpeptiden verbunden ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5098: Innovation und Koevolution in der sexuellen Reproduktion von Pflanzen - ICIPS