Priondomänen in der pflanzlichen Antwort auf Umweltreize

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Yvonne Stahl; Professor Philip Anthony Wigge, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490818643

Pflanzen passen sich an die Umgebung an, indem sie ihre Entwicklung an Signale wie Licht und Temperatur anpassen. Dies ermöglicht es ihnen, Stress zu antizipieren, auf Veränderungen in ihrem Wachstum und ihrer Entwicklung zu reagieren und ihr Überleben und ihren Fortpflanzungserfolg unter verschiedenen Umweltbedingungen zu optimieren. Mit dem Klimawandel ist der Prozess der erfolgreichen Anpassung für viele Arten eine Herausforderung. Die Phänologie von Pflanzen hat sich aufgrund des Klimawandels bereits verändert, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht gut verstanden. Das Konsortium hat kürzlich entdeckt, dass wichtige Transkriptionsregulatoren, die Wachstum, Entwicklung und Stressreaktion steuern, prionähnliche Domänen (PrDs) enthalten. PrDs verleihen die Fähigkeit, als Reaktion auf Umweltsignale einen Phasenwechsel (Flüssig-Flüssig-Phasentrennung, LLPS) durchzuführen, wodurch diese Proteine als Entwicklungsschalter fungieren können.Das Projekt konzentriert sich auf die PrD-enthaltenden Transkriptionsfaktoren PLETHORA 3 (PLT3), HEAT SHOCK FACTORA1a (HSFA1a) und den PHYTOCHOROME INTERACTING FACTORS 4,5 und 7 („PIFs“). Diese Transkriptionsfaktoren wirken als Hauptregulatoren bei der Pflanzenentwicklung und der Stressreaktion und alle besitzen PrDs. Wir haben gezeigt, dass sie in vitro und/oder in vivo LLPS durchlaufen. Mithilfe eines integrierten in vitro-, Struktur-, Modellierungs- und in vivo-Ansatzes werden wir die für LLPS wichtigen Variablen bestimmen, die Rolle verschiedener Aminosäuresequenzen bei der Phasentrennung untersuchen und Mutanten mit verändertem LLPS entwerfen. Durch iterative in-vitro-Charakterisierung, einschließlich Untersuchungen durch Kleinwinkel-Röntgen- und Neutronenstreuung (SAXS/SANS), Fluoreszenzmikroskopie und theoretischer Modellierung unter Verwendung von Simulationen und atomistischen Modellen, werden die Regeln für das LLPS unserer Zielproteine bestimmt. Diese in-vitro- und Modellierungsergebnisse werden mit in-vivo-Studien in transienten Expressionssystemen und stabil transformierten Linien in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana korreliert. In-vivo-Bildgebung von fluoreszenzmarkierten Zielproteinen und Mutanten, ChIP-seq-Studien und Transkriptomanalysen ermöglichen es uns, die pflanzenbiologische Reaktion direkt mit den LLPS-Eigenschaften unserer Proteine in Beziehung zu setzen. Das untersuchte System ermöglicht die direkte Untersuchung der Auswirkungen von LLPS auf zellulärer und organistischer Ebene. Wenn wir verstehen, wie PrDs die Proteinaktivität als Reaktion auf die physikochemische Umgebung steuern, können wir die Wachstums- und Stressreaktionen in Pflanzen direkt regulieren. Dies wird eine grundlegende Veränderung in unserem Verständnis der Anpassung von Pflanzen an ihre Umwelt darstellen. Dieses interdisziplinäre Projekt kombiniert das Fachwissen französischer und deutscher Partner in den Bereichen Strukturbiologie, biophysikalische Modellierung, in vitro und in planta Untersuchungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Alessandro Barducci; Dr. Luca Costa; Privatdozentin Dr. Chloe Zubieta