Kartierung genetischer Modifikatoren der Epimutationsraten bei Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Johannes
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460890770

Stochastische Veränderungen in DNA Methylierungsmustern treten oft unabhängig von DNA-polymorphismen in Pflanzengenomen auf. Diese sogenannten "spontanen Epimutationen" scheinen ein Nebenprodukt der unvollständigen Aufrechterhaltung der DNA-Methylierung während der Pflanzenentwicklung zu sein. Es besteht momentan großes Interesse die breiteren Auswirkungen dieser stochastischen Veränderungen zu verstehen, da mehrere Studien darauf hinweisen, daß sie gelegentlich zu vererblichen Genexpressionveränderungen führen, die Diversität von Methylomen innerhalb und zwischen Pflanzenpopulationen stark beeinflussen, und auf verschiedenen Umweltfaktoren ansprechen. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Quantifizierung der Rate und des Spektrums spontaner Epimutationen unter Verwendung von sogenannten 'mutation accumulation' (MA) Linien in der Modellpflanze A. Thaliana erzielt. Diese Erkenntnisse sind derzeit jedoch auf einen einzigen Referenzgenotypen beschränkt. Solide vorläufige Daten aus unserem Labor (siehe Antrag) zeigen, daß Epimutationsraten bis zu drei Größenordnungen zwischen verschieden Genotypen variieren können. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, daß bestimmte Genotypen bei der Aufrechterhaltung der DNA-Methylierung über mitotische und meiotische Zellteilungen hinweg viel fehleranfälliger sind als andere. Das Ziel dieses Antrags besteht darin, diese genotypischen Unterschiede als Instrument zur Identifizierung kausaler genetischer Loci zu nutzen, die zur natürlichen Variation der Epimutationsraten beitragen, und um molekulare Netzwerke aufzugreifen, die zur Entstehung spontaner Epimutationen in A. thaliana beitragen. Zu diesem Zweck werden wir eine neuartige 'mutation accumulation mapping population' (MAMP) verwenden, die von meinem Labor kürzlich erstellt wurde (siehe Antrag). Die MAMP besteht aus einer Vielzahl von MA Linien, die sich in ihrem genetischen Hintergrund unterscheiden. Wir werden diese einzigartige Ressource in Kombination mit generationsübergreifenden DNA-Methylierungsmessungen verwenden um genotypspezifische Epimutationsraten zu erschließen. Die interindividuelle Variation dieser Raten wird anschließend als molekularer Phänotype behandelt um, mit Hilfe von klassischen QTL-Kartierungsstrategien (Quantitative Trait Locus), dessen genetische Basis aufzuklären. Die Integration dieser QTL-Ergebnisse mit bereits vorhandenen Transkriptom-, Metabolom- und Proteomdaten von den MAMP-Gründerlinien wird einen tiefere Einblicke in die molekularen Netzwerke und genomischen 'targets' spontaner Epimutationen liefern, und unser grundlegendes Verständnis der Co-evolution von Genom- und Methylomdiversität verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen