Evolutionäre Anpassungen des Mikrotubuli-Zytoskeletts während der Zellteilung in Landpflanzen

Die KolonisierungDie Kolonisierung von terrestrischen Habitaten durch streptophytische Algen vor ungefähr 450 Mya Jahren, gefolgt von dem Aufkommen der Landpflanzen beinhaltete die Evolution neuer Funktionen des Mikrotubulizytoskeletts, die mit der Diversifizierung und dem Entstehen pflanzenspezifischer Mikrotubuli assoziierter Proteine (MAP) einhergingen. Eine der Schlüsselinnovationen in der Anordnung des pflanzlichen Zytoskeletts ist die Entstehung des Präprophasenband (PPB)/Phragmoplasten-Systems, das einen Wechsel im Mechanismus der Zellteilung von einem einschnürungsbasierten Modus auf einen inside-out Modus ermöglichte, in dem die neue Zellwand im Zellzentrum inseriert wird. Funktionale Untersuchungen in Arabidopsis thaliana haben gezeigt, dass die Bildung des PPB und Phragmoplasten sowie die Kontrolle der Teilungsebenenpositionierung durch Netzwerke aus eukaryotischen und pflanzenspezifischen MAP reguliert werden. Der Ursprung, die Architektur sowie die Dynamiken dieser Komplexe sind allerdings noch unbekannt. Studien in Arabidopsis identifizierten eine Klasse pflanzenspezifischer Proteine, der IQ67 Domänen (IQD) Proteine, als zentrale Regulatoren von PPB Bildung und Teilungsebenenpositionierung. IQD Proteine weisen Charakteristika von Gerüstproteinen auf, interagieren direkt mit bekannten Regulatoren der Zellteilung und sind an der Auxin-vermittelten Kontrolle des Zytoskeletts während der Zellteilung beteiligt. Unsere vorläufigen Daten weisen auf einen Ursprung von IQD Proteinen früh in der Entwicklung der Landpflanzen hin. Wir vermuten daher, dass pflanzenspezifische IQD Proteine die Entstehung und Neuverknüpfung von Protein-Protein-Interaktionsnetzwerken am Zytoskelett ermöglichten und so zur Entstehung neuer Zytoskelettstrukturen beitrugen. In diesem Projekt planen wir, die grundlegenden Prinzipien, die der Neofunktionalisierung des Zytoskeletts zugrunde liegen, über Untersuchungen zur Evolution von IQD-assemblierten Proteinkomplexen und ihrer Funktion in der Zellteilung zu entschlüsseln. Zur Erlangung dieser Ziele werden wir IQD Funktionen im Lebermoos Marchantia polymorpha untersuchen und die Mikrotubuli-Bindungsspezifität und die Entstehung der Protein-Protein-Interaktionsnetzwerke über vergleichende Untersuchungen von IQD Proteinen aus streptophytischen Algen, Moosen und Samenpflanzen charakterisieren.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

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