Spleiß-Faktoren und Riboregulatoren bei der Kontrolle von Thermo-Resilienz in Pflanzen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dorothee Staiger
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505658853

Die globale Erwärmung stellt die Landwirtschaft vor Herausforderungen, da sie die Erträge von Nutzpflanzen beeinflusst. Um Schäden zu minimieren, passen Pflanzen die Expression ihrer Gene an erhöhte Temperaturen an (Thermoakklimation). Alternatives Spleißen (AS) reagiert auf kleinste Temperaturveränderungen und trägt zu dieser Adaption bei. Wir charakterisieren die Funktion von RNA-bindenden Proteinen mit einem globalen Einfluss auf AS in Arabidopsis, NUCLEAR SPECKLE RNA‐BINDING PROTEIN (NSR) und GLYCINE‐RICH RNA‐BINDING PROTEIN7 (GRP7). Dazu haben wir die in vivo RNA targets genomweit bestimmt. Interessanterweise interagieren die Proteine nicht nur mit mRNAs, sondern auch mit langen nichtcodierenden RNAs (lncRNAs). Dabei hat der französische Partner einen neuen Mechanismus der Regulation von AS entdeckt: Die Bindung der lncRNA ALTERNATIVE SPLICING COMPETITOR RNA (ASCO) an NSR verdrängt dessen mRNA targets kompetitiv. Dadurch wird das AS spezifischer durch NSR regulierter Transkripte beeinträchtigt. Ferner konnten wir zeigen, dass sowohl NSR und GRP7 an der Regulation von temperaturabhängigem Spleißen beteiligt sind. In dem RIBORES (RIBO-Regulatoren bei der Thermo-Resilienz) Projekt werden wir diesen lncRNA-abhängigen Mechanismus charakterisieren, seinen Einfluss auf die Thermoregulation untersuchen und mittels synthetischer Biologie neue Strategien zur Regulation von AS entwickeln. In Arabidopsis werden wir die mRNA und lncRNA targets von NSR und GRP7 sowie die Bindungsstellen mittels iCLIP bei 22 und 37 Grad bestimmen. Zur Aufklärung des molekularen Mechanismus, über den ASCO NSR-abhängiges AS reguliert, werden wir das Bindemotiv und Strukturelemente in ASCO mutieren und die Auswirkung mittels eines Spleiß-Reportergens untersuchen. Ferner werden wir mittels induzierbarer lcnRNAs den Einfluss der lncRNAs auf die von NSR und GRP7 regulierten AS Programme während der Thermoakklimation untersuchen, da ASCO und grp7 Mutanten eine aberrante Temperaturantwort zeigen. Mittels synthetischer Biologie werden wir die funktionellen Sequenzen, die von NSR bzw. GRP7 gebunden werden, zwischen ASCO und einem lncRNA target von GRP7 austauschen, um zu testen, ob damit global die von NSR bzw. GRP7 regulierten AS Netzwerke manipuliert werden können. Ferner werden wir testen, ob wir damit temperaturabhängiges AS regulieren können. Da NSR und GRP7 hoch konservierte Proteine sind, werden wir diese Resultate auf Tomate übertragen, eine temperatursensitive Nutzpflanze. Wir haben bereits gezeigt, dass Hitze einen Einfluss auf AS in Tomate hat, haben hitzeregulierte lncRNAs identifiziert und die Regulation der Orthologen von NSR und GRP7 durch erhöhte Temperatur charakterisiert. Wir erwarten, dass RIBORES neue RNA-basierte Werkzeuge liefert, um AS in eukaryotischen Zellen zu regulieren. Das eröffnet Perspektiven zur Entwicklung innovativer biotechnologischer Werkzeuge zur Modulation von Genexpression im Kontext von Landwirtschaft und zu therapeutischen Zwecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Martin Crespi, Ph.D.