Co-Evolution und molekulare Adaptation des funktionalen MLO-EXO70-Moduls im Verlauf der Terrestrialisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Panstruga
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527875163

MLO-Proteins sind integrale Membranproteine, die als Calciumkanäle fungieren und spezifisch für photosynthetisch aktive Eukaryonten sind. In Landpflanzen sind sie typischerweise in multiplen sequenzdiversifizierten Isoformen pro Spezies vorhanden und tragen zu grundlegenden physiologischen Prozessen wie Wurzel-Thigmomorphogenese –und -Gravitropismus, Befruchtung sowie Pathogenabwehr bei. Exoycyst ist ein evolutionär konservierter Proteinkomplex, der aus mehreren Protein-Untereinheiten besteht und in allen Eukaryoten vorhanden ist. Von anderen Taxa abweichend, gibt es in Landpflanzen mehrere sequenzdiversifizierte Isoformen der EXO70 Exozyst-Untereinheit. Wir haben vor Kurzem entdeckt, dass Arabidopsis thaliana MLOs und EXO70s ein funktionales Modul bilden, welches die physische Assoziation dieser Proteine beinhaltet und welches gerichtete Sekretion von z.B. Zellwand-assoziierter Fracht vermittelt. Gemäß unserer Hypothese haben sich Schlüssel-Eigenschaften dieses funktionalen MLO-EXO70-Moduls im Verlauf der Terrestrialisierung entwickelt. Wir schlagen daher vor, die Co-Evolution und molekulare Adaptation des MLO-EXO70-Moduls in Chara braunii (Charophyceae) und Mesotaenium endlicheranium (Zygnematophyceae) zu analysieren, die als rezente Repräsentanten der sogenannten ZCC-Klade den organismischen Übergang vom Wasser zum Land markieren. Die Genome von C. braunii und M. endlicherianum codieren für sieben bzw. drei MLO-artige Proteine, die sich in Größe und Membrantopologie zum Teil deutlich von ihren kanonischen Gegenstücken der Landpflanzen unterscheiden. Weiterhin codieren diese Genome für jeweils zwei prototypische EXO70 Untereinheiten. Basierend auf diesem Satz Proteine, der sich von Schwesterarten der Landpflanzen ableiten, werden wir die kürzlich entdeckte Calciumkanalaktivität der MLO-Proteine analysieren, ihre bekannte Fähigkeit testen, mit dem cytoplasmatischen Calciumsensor Calmodulin zu assoziieren und ihre Isoform-Präferenz für die die Interaktion mit spezifischen EXO70-Familienmitgliedern untersuchen. Wir beabsichtigen ferner, die Expressionsmuster der MLO- und EXO70-Gene in den verschiedenen Teilen des komplexen C. braunii-Thallus unter unterschiedlichen Bedingungen zu studieren und die natürliche genetische Variabilität dieser Gene innerhalb der Art C. braunii, aber auch breiter innnerhalb der Charaphyceen, zu ermitteln. Zusammengenommen werden diese Untersuchungen ein globales Bild hinsichtlich der angenommenen Co-Evolution und molekularen Adaptation des funktionalen MLO-EXO70-Moduls während des Übergangs des Lebens vom Wasser zum Land ergeben.

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