Analyse eines genregulatorischen Netzwerks, das der Merkmalsdivergenz zwischen ein- und mehrjährigen Pflanzen zugrunde liegt

• Antragsteller: Professor Dr. George Coupland, Ph.D.; Professor Dr. Martin Hülskamp
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490751140

Das Timing der Reproduktion trägt stark zur Fitness und zum Ertrag bei ein- und mehrjährigen Pflanzen bei. Hier wollen wir die molekularen Mechanismen und die regulatorische Logik entschlüsseln, die den Wechsel der Meristem-Identität während des Übergangs zur Blüte und ihre anschließende Stabilisierung während der Entwicklung des Blütenstandes steuern. Wir verwenden einen vergleichenden Ansatz zwischen ein- und mehrjährigen Arten, einschließlich einer wirtschaftlich wichtigen Nutzpflanze, um die Relevanz unserer Ergebnisse zu erweitern und die Flexibilität der zugrundeliegenden Mechanismen in verschiedenen Entwicklungskontexten und als Reaktion auf unterschiedliche Umwelt- und endogene Signale zu bestimmen. Der Übergang zur Blüte ist der erste Schritt in der pflanzlichen Reproduktion, er wird durch umweltbedingte und endogene Signale gesteuert, und sein Zeitpunkt ist entscheidend für die Fitness in natürlichen Populationen oder für den Ertrag in der Landwirtschaft. Während des floralen Übergangs wird die Entwicklungsidentität des Sprossapikalmeristems und/oder der Axillarmeristeme verändert, wodurch sie von vegetativen Meristemen, die Blattprimordien bilden, zu Blütenstandsmeristemen wechseln, die Blütenprimordien produzieren. Dieser Übergang ist ein binärer Schalter, der in der Regel irreversibel ist, so dass nach dem Wechsel die Identität des Blütenstandsmeristems stabil ist und nicht zu einem vegetativen Meristem zurückkehrt. Wir gehen davon aus, dass ein durch Rückkopplungsschleifen verstärkter bistabiler Schaltmechanismus am Sprossmeristem wirkt, um den Übergang zu steuern, und dass der Schaltmechanismus durch Umweltsignale beeinflusst wird, um den Übergang zu ermöglichen. Unser Modell sieht vor, dass die Transkriptionsfaktoren APETALA2 (AP2) und APETALA2-LIKE (AP2-LIKE) den vegetativen Zustand aufrechterhalten, während die MADS-Box-Transkriptionsfaktoren SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1) und FRUITFULL (FUL) zusammen mit der nicht-kodierenden microRNA172 (miR172) den reproduktiven Zustand aufrechterhalten. Diese beiden Gruppen von Faktoren bilden ein wechselseitig repressives Motiv, das durch Umwelteinflüsse, die die SOC1-, FUL- und miR172-Transkription im Sprossmeristem induzieren, vom vegetativen zum reproduktiven Zustand gebracht wird. Wir möchten dieses Modell in einjährigen und mehrjährigen Kreuzblütlern, Arabidopsis thaliana bzw. Arabis alpina, sowie in Apfelbäumen mit Hilfe modernster transkriptomischer, transgener und genetischer Ansätze testen. Diese Experimente bilden eine Grundlage für die quantitative Modellierung des floralen Übergangs, einer entscheidenden Phase der Pflanzenentwicklung. Darüber hinaus wollen wir herausfinden, ob es eine genetische Variabilität im Umschaltmechanismus bei Apfelbäumen in Bezug auf das unerwünschte Phänomen des Wechseltriebs gibt. Dies wird praktische Bedeutung für die Steuerung von Reproduktionsmustern und Erträgen von Nutzpflanzen haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Fernando Andres-Lalaguna