Einfluss der intrazellulären Positionierung von Organellen auf die Stoffwechselleistung und Stresstoleranz von Arabidopsis Pflanzen.

• Antragsteller: Professor Dr. Alisdair Fernie, Ph.D.; Professor Dr. Markus Schwarzländer; Professor Dr. Uwe Sonnewald
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508398975

Der zentrale Stoffwechsel der Pflanzen ist hochgradig flexibel. Er spiegelt die Notwendigkeit wider die eigene Physiologie rasch an Entwicklungsprozesse und Umweltänderungen anzupassen. Während Modellierungsansätze wichtige Beiträge zum Verständnis des Stoffwechselnetzwerks geliefert haben, so ist die Regulation der Stoffflüsse noch nicht hinreichend gut verstanden um die Wandlungsfähigkeit des pflanzlichen Stoffwechsels zu erklären. Auf posttranslationaler Ebene tragen die Interaktion von Enzymen mit kleinen Molekülen, posttranslationale Modifikationen und dynamische physische Assoziation von Proteinen zur Regulation metabolischer Stoffflüsse bei. Eines der ältesten Konzepte der Stoffwechselkontrolle ist jedoch die Aufteilung des Stoffwechselnetzwerks auf verschiedene Organellen. Die Organellen sind dabei selbst mobil, und ihre Positionierung relativ zueinander ist reguliert. Mit diesem Vorhaben testen wir die Hypothese, dass die Positionierung von Organellen und die Generierung metabolischer Nano-Domänen die Stoffwechsellandschaft der Zelle strukturieren, ihre Effizienz unterstützen und eine wichtige Regulationsebene darstellen. Wir bündeln die komplementäre Expertise dreier Arbeitsgruppen um durch synthetische Ansätze die Positionierung von Mitochondrien und Chloroplasten in Zellen von Arabidopsis zu steuern und zu überwachen. Wir werden die Stabilität des glykolytischen Metabolons modulieren das Chloroplasten und Mitochondrien physisch miteinander verbindet. Zudem werden wir die Assoziation von Organellen mit Hilfe eines genetisch-kodierten SpyCatcher Systems induzierbar kontrollieren. Um Interaktion zu verhindern werden wir Chloroplasten und Mitochondrien an verschiedenen Membranstrukturen verankern. Um die Bedeutung der Positionierung von Organellen für den Zellstoffwechsel und die Leistungsfähigkeit der Pflanze zu untersuchen werden wir auf eine Kombination von Techniken des Metabolit-Profiling, der Flussanalyse, der in vivo Biosensorik und der Phänotypisierung zurückgreifen, wobei wir verschiedene Zustände des fotosynthetischen und fotorespiratorischen Stoffwechsels berücksichtigen. Wir werden Proteinbiosensoren auf der Oberfläche der Organellen und anderer Membranen verankern um damit die Rolle der Positionierung und Assoziation von Organellen bei der Bildung von Gradienten und Nano-Umgebungen des Zellstoffwechsels zu untersuchen. Damit beabsichtigen wir die Bedeutung der dynamischen physischen Organisation von Organellen der Pflanzenzelle für die Regulation von Stoffwechselleistung zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen