Evolutionär konservierte Wechselbeziehungen zwischen der Phosphatmangelantwort und der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose in Pflanzen (EvoSymPho)

• Antragsteller: Professor Dr. Burkhard Becker; Professor Dr. Marcel Bucher
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528027896

Phosphor (P) ist wie Stickstoff (N) ein wichtiger Nährstoff, der für alles Leben benötigt wird. Er kommt in der Regel in geringen Mengen in der natürlichen Umwelt vor. Daher gilt P in der Regel als der "begrenzende" Nährstoff in aquatischen und terrestrischen Ökosystemen, was bedeutet, dass die Verfügbarkeit dieses Nährstoffs das Wachstum und die Produktivität von Wasser- und Landpflanzen, einschließlich Algen, steuert. Bei den meisten Landpflanzen erleichtert die Symbiose mit Mykorrhizapilzen, und stickstoffbindenden Rhizobien vor allem bei Leguminosen, die P- und N-Aufnahme im Boden erheblich. Die Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza (AM) wie auch anderer Pflanzensymbiosen hängt vom gemeinsamen Symbiose-Signalweg (CSSP) in den Wirtspflanzen ab, der den mikrobiellen Partner erkennt und die Expression der für die Symbiose erforderlichen Gene stimuliert. Außerdem werden AM- und Nodulierungssymbiosen durch den P- und N-Status des Wirts über miteinander verknüpfte Reaktionswege gesteuert. Schlüsselkomponenten des CSSP und des Phosphatmangel-Reaktionswegs (PSR) sind zwischen Algen und Landpflanzen konserviert. Die Funktion der Algenorthologen der PSR- und CSSP-Komponenten ist jedoch derzeit unbekannt. Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass die AM-Symbiose stromabwärts des CSSP durch ein Netzwerk von Rezeptorkinasen moduliert wird, darunter oberflächenlokalisierte, transmembranäre rezeptorähnliche Kinasen (RLKs) und rezeptorähnliche zytoplasmatische Kinasen (RLCKs). Unser Projekt zielt darauf ab, die Interaktionen zwischen RLK/RLCK-Proteinen und vor- und nachgeschalteten regulatorischen Schritten aufzuklären, die für das Verständnis der Evolution und der molekularen Mechanismen der RLCKs in der AM-Symbiose-Signalgebung im Kontext des CSSP bei Landpflanzen wichtig sind. Wir planen, das Lebermoos Marchantia paleacea, das eine AM-Symbiose bildet, mit der evolutionär weit entfernten aquatisch/terrestrisch lebenden Alge Zygnema zu vergleichen, die zu der heutigen Schwestergruppe der Landpflanzen gehört. Wir erhoffen uns wichtige Erkenntnisse über die Evolution der AM-Symbiose-Regulierung und die Integration von Phosphat-Sensorik und -Signalgebung. Unser Projekt wird andere Projekte im Rahmen von MAdLand ergänzen, die sich mit der Integration von Umweltsignalen, nachgeschalteten zellulären Signalen und transkriptionellen Reaktionen befassen, die komplexen adaptiven Merkmalen für das Leben an Land zugrunde liegen.

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