Zum Ursprung des Samens

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

Ziel unseres Projektes ist es herauszufinden, welche proximaten Mechanismen zur Entstehung des Samens der Samenpflanzen in der Evolution geführt haben. Mit unserem Projekt wollen wir so zu einem besseren Verständnis der entsprechenden molekularen Mechanismen, insbesondere der Innovationen in genregulatorischen Netzwerken, beitragen. Dieses Ziel soll durch das Studium der molekularen Entwicklungsgenetik des neuen Modellsystem Ceratopteris richardii erreicht werden. Als Farn gehört C. richardii zu den Monilophyten, welche die nächsten lebenden Verwandten der rezenten Samenpflanzen (Blütenpflanzen und Nacktsamer) darstellen. Wir werden zwei unabhängige Ansätze, einen "gezielten Kandidatengenansatz" und einem „unvoreingenommenen Transkriptomik-Ansatz“, verfolgen, um unser Ziel zu erreichen. Im Rahmen des Kandidatengenansatzes werden wir zunächst verbesserte Phylogenien von MIKCC-Typ-MADS-Box-Genen aus Landpflanzen rekonstruieren. Damit werden wir diejenigen Gene in Farne identifizieren, die die nächsten Verwandten der Gene aus Samenpflanzen sind, die die Entwicklung von Samen steuern. Parallel dazu werden wir die Genomeditierung mittels CRISPR-Cas9 in C. richardii etablieren. Damit werden wir dann in der Lage sein, die nächsten Verwandten der Samenentwicklungsgene in Farnen auszuschalten. Die mutanten Phänotypen der Knockout-Pflanzen werden wertvolle Rückschlüsse auf die Funktionen dieser Gene im Farn und ihre Rolle bei der Entstehung des Samens zulassen. Im Transkriptomik-Ansatz werden wir zunächst Transkriptom-Daten verschiedener informativer Entwicklungsstadien des Sporophyten von C. richardii erheben. Diese werden wir dann mit denen verschiedener Samenpflanzen, z.B. des Nacktsamers Gemeine Fichte (Picea abies) und der Blütenpflanzen Arabidopsis, Tomate und Reis, vergleichen. Um besser ancestrale von abgeleiteten Merkmalen unterscheiden zu können, werden wir auch geeignete Transkriptome der Bryophyten-Modelle Marchantia polymorpha and Physcomitrium patens in unsere Vergleiche einbeziehen. Mit den von uns und anderen Mitgliedern der Forschergruppe ICIPS erhobenen Daten sollen Modelle genregulatorischer Netzwerke entwickelt werden, mit der entscheidende Veränderungen in regulatorischen Genen während der Entstehung des Samens identifiziert werden können.

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