Nutzung einer Bibliothek an Derivaten der 12-Oxophytodiensäure (OPDA) zur differenzierten Untersuchung der Funktionen von OPDA in der Pflanzenphysiologie

• Antragsteller: Professor Dr. Karl-Josef Dietz
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468843036

Oxidierte Lipidderivate spielen eine bedeutende Rolle bei der Regulation von Umweltanpassungen und Entwicklungsprozessen. Die 12-cis-Oxophytodiensäure (OPDA) wird in Pflanzen aus der ungesättigten Fettsäure alpha-Linolensäure gebildet und erfüllt eine Reihe von Funktionen, insbesondere als Vorstufe des Pflanzenhormons Jasmonsäure, als Ligand des Cyclophilins 20-3 (CYP20-3) zur Regulation des zellulären Redoxmilieus, sowie als reaktive Verbindung, die mit Thiolen von Proteinen oder Glutathion reagiert. Das Projekt plant die Nutzung neuartiger chemischer Derivate des OPDA, die aus der vorigen Förderung hervorgegangen ist. Die Bibliothek umfasst 13 Verbindungen, die auf die unterschiedlichen OPDA-abhängigen biochemischen und physiologischen Prozesse der Pflanze differenziert einwirken, d.h. in Einzelfällen aktiver als OPDA sind oder aber keine OPDA-ähnliche Funktion zeigen. Das Muster der differenzierten Wirksamkeit der Derivate unterscheidet sich von betrachtetem Prozess zu Prozess. Sie stellen somit nach der zugrundeliegenden Hypothese ein einzigartiges Werkzeug dar, um Signalwege und Anpassungsreaktionen anzusprechen und einen innovativen Zugang zu den unterschiedlichen OPDA-abhängigen Funktionen in planta zu erhalten. Das Projekt ist auf die Starklichtanpassung von Blättern, die Regulation der Stomataweite und Verwundung fokussiert. Die Hypothese wird in Experimenten geprüft, die die Umsteuerung der Genexpression als Indikator neben den physiologischen „readouts“ nutzen. Die Aufnahme und Umsetzung ausgewählter Derivate in der Zelle wird diesen Ergebnissen gegenübergestellt werden. Die atomare Struktur des ersten und bisher einzigen bekannten OPDA-Rezeptor CYP20-3 soll atomar durch Röntgenstrukturanalyse, NMR und Modellierung aufgeklärt werden. Der Schwerpunkt liegt auf dem Herausarbeiten der differenzierten Bindung von OPDA und ausgewählter Derivate. Der zweite Teil des Projekts adressiert mit proteomischen Analysen die Bindung von OPDA an Proteine, die OPDAylierung, in vivo als mögliche neue regulatorische posttranslationelle Modifikation. Neben der Identifizierung von OPDAylierten Proteinen wird der von uns nachgewiesene langsame Mechanismus der De-OPDAylierung von Proteinen unter der Annahme untersucht, dass die Reaktion in der Pflanzenzelle enzymatisch beschleunigt wird. Diese Ansätze versprechen einen unabhängigen mechanistischen und grundsätzlichen Beitrag zu der aktuellen teils kontroversen Debatte zur Funktion von OPDA bei pflanzlichen Anpassungs- und Entwicklungsvorgängen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen