Untersuchungen wie die DNA-Reparaturmechanismen, Cryptochrome und zirkadiane Uhr der Anthozoen die Anpassungsfähigkeit von Korallen an Sonnenlicht beeinflussen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Nicholas S. Foulkes; Professorin Dr. Annika Guse
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508441598

Korallenriffe sind Ökosysteme von immenser Biodiversität, die in relativ unwirtlichen Lebensräumen geprägt von Nährstoffarmut und hoher Sonneneinstrahlung, vorkommen. Um diese Herausforderungen zu meistern, nutzen die Korallen (Klasse der Anthozoa, Phylum der Cnidaria) das Sonnenlicht, in dem sie eine Symbiose mit photosynthetischen, einzelligen Dinoflagellaten (Genus Symbiodiniacae) eingehen. Die Symbionten geben essentielle Nährstoffe an die Korallen ab. Allerdings sind Korallen sesshafte Tiere und somit unausweichlich hohen Dosen von ultravioletter (UV) Strahlung ausgesetzt, welche eine Hauptursache für DNA-Schäden darstellt. Derzeit ist unklar, wie Korallen es bewerkstelligen Sonnenlicht effektiv für die Photosynthese der Symbionten zu nutzen, jedoch gleichzeitig weitreichende Schädigungen der DNA durch UV-Strahlung und damit genetische Instabilität zu vermeiden. Um das heraus zu finden, werden wir die symbiotische Seeanemone Aiptasia als Laborsystem, sowie Korallen in ihren natürlichen Habitaten untersuchen. Durch die Beantwortung der folgenden Fragen werden wir herausfinden, mittels welcher Mechanismen Korallen sich an ihr licht-dominiertes Habitat anpassen: Welche molekularen Anpassungen erlauben es Korallen mit der hohe UV-Strahlung umzugehen? In welchem Zusammenhang stehen diese mit den DNA-Reparatur Mechanismen und der zirkadianen Uhr? Welchen Einfluss haben die Symbionten auf diese Adaptions-Mechanismen? Zuerst werden wir mittels Bioinformatik die molekulare DNA-Reparaturwerkzeuge der Anthozoen identifizieren. Dann werden wir die dynamischen Genexpressions-Änderungen dieser Schlüssel-Komponenten mit verschiedenen Licht-Verhältnissen und Grad der DNA-Schädigung in Aiptasia und Korallen in Verbindung setzten. Auf der mechanistischen Ebene werden wir die Hypothese testen, die besagt dass Anthozoa ein atypisches, photo-reaktives DNA-Reperatur Enzym, das sogenannte AnthoCRY aus der Familie der Cryptochrome/Photolyasen (CRY/PL) entwickelt haben, um sich an die licht-dominierten Habitate anzupassen. Dazu werden wir AnthoCRY und andere Mitglieder der diversen Gruppe der photo-reaktiven CRY/PLs in zellbasierten Assays, durch Struktur-Funktions-Analysen in vitro und mittels funktionaler Experimente in vivo vergleichen. Dieser umfassende Ansatz hat das Ziel, die Mechanismen zu entschlüsseln, mit denen sich Korallen an hohe UV-Strahlung anpassen und so einen unwirtlichen Lebensraum in eines der produktivsten marinen Ökosysteme auf unserem Planten verwandeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen