Evolutionäre Adaptionen der plastidären Transkriptionsmaschinerie als ein Schlüsselelement in der pflanzlichen Terrestrialisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Pfannschmidt
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527848546

Das evolutive Erscheinen von Landpflanzen (dem Rückgrat der terrestrischen Biosphäre) lässt sich auf ein einzelnes Ereignis zurückführen, in welchem Süßwasser-Algen das Land eroberten; ein Prozess, der als Terrestrialisierung bezeichnet wird. Dieser Übergang an Land erforderte eine Vielzahl an molekularen Adaptionen, die es dem Vorläufer der Pflanzen ermöglichte, unter den harten Umgebungsbedingungen des neuen Habitats zu überleben. Eine der wichtigsten Voraussetzungen war die physiologische Adaption des Chloroplasten, der besonders empfindlich für Umwelt-Stressoren ist. Schlüsselelement dieses Prozesses war die Koordination zwischen nukleärer und organellärer Genexpression, um einen korrekten Aufbau und Erhalt der Photosynthese-Maschinerie zu gewährleisten. Dieser Forschungsantrag zielt auf die Evolution der plastidären Transkriptionsmaschinerie und ihrer vielfältigen neuen Proteinkomponenten ab, und postuliert diese als essentielle neue Innovation während und als Teil der Terrestrialisierung. Die Funktion und Regulation der eubakteriellen, plastidären RNA Polymerase (PEP), die vom Cyanobakterien-ähnlichen Vorläufer vererbt wurde, wurde durch zusätzliche PEP-assoziierte Proteine (PAPs) und neue Sigma-Faktoren ergänzt und zusätzlich unter die Kontrolle einer nukleär kodierten Phagen-Typ RNA Polymerase gestellt. Die meisten dieser Proteine evolvierten in den streptophytischen Algen und ein kompletter Satz erscheint zum ersten Mal in Chara braunii. Das Projekt kombiniert phylogenetische, molekular-genetische und biochemische Ansätze. Es untersucht die phylogenetische Erscheinung der Komponenten, ihre evolutionäre Adaptionen in verschiedenen streptophytischen Modellorganismen (einschließlich der dualen Kern-Plastiden-Lokalisation für eine zweigeteilte Genregulation) und die strukturelle Evolution des PEP Komplexes.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2237: MAdLand - Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung