Evolution der Oleosom-gebundenen Proteine und ihre Rolle bei der Trockenresistenz

• Antragsteller: Professor Dr. Till Ischebeck
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528045595

Trockenstress ist ein Hauptstressfaktor, den die Pflanzen bei der Eroberung des Landes überwinden mussten. Die meisten Landpflanzen sind in der Lage, sich auf zellulärer Ebene an Trockenheit anzupassen. Aber auch viele streptophytische Algen weisen eine hohe Stressresistenz auf. Es ist zwar wahrscheinlich, dass sich Trockenresistenz und Austrocknungstoleranz mehrmals unabhängig voneinander entwickelt haben, aber es ist auch wahrscheinlich, dass diese unabhängigen Ursprünge der Austrocknungstoleranz durch ähnliche Strategien erreicht werden. Trockenheitsresistenz und Austrocknungstoleranz haben gemeinsam, dass sich neutrale Lipide, vor allem Triacylglycerin (TAG), in zytosolischen lipid droplets (LDs) ansammeln, die auch als Oleosomen bezeichnet werden. Es ist bekannt, dass mehrere Proteinfamilien in LDs lokalisiert sind, und zwei von ihnen, Caleosin (CLO) und „lipid droplet associated protein” (LDAP), spielen eine Rolle bei Trockenstressreaktionen und haben diese Funktion möglicherweise in Streptophytenalgen erlangt. Ziel des Forschungsprojekts ist es, herauszufinden, ob die Anhäufung von TAG in LDs eine universelle Reaktion auf Trockenstress bei den Streptophyta ist, indem die fünf Arten Mesotaenium endlicherianum, Zygnema circumcarinatum, Physcomitrium patens, Marchantia polymorpha und Azolla filiculoides untersucht werden. Darüber hinaus wollen wir Beweise dafür sammeln, dass LD-assoziierte Proteine, die während der Trockenheit hochreguliert werden, wichtig sind, um diesen Stress zu bewältigen, und dass diese Funktion bereits in Streptophytenalgen evolvierte. Insgesamt würden diese Daten die Hypothese stützen, dass die Akkumulation von LDs und ihrer assoziierten Proteinen während der Trockenheit eine der Voraussetzungen für die Eroberung des Landes war. Die Hauptziele bestehen darin, Beweise für die folgenden Hypothesen zu sammeln: 1. Die Umgestaltung des Lipidoms und die Anhäufung neutraler Lipide in den LDs ist eine universelle Stressreaktion. Wir werden die Anzahl von LDs durch Mikroskopie bestimmen und Lipidomanalysen in trockengestressten vegetativen Geweben der fünf Arten durchführen. 2. Die Proteine CLO und LDAP werden bei Trockenstress bzw. Austrocknung universell hochreguliert. Wir werden die Transkripte der entsprechenden Gene mittels qPCR in allen fünf Arten testen und LDs aus trockenheitsgestressten Geweben isolieren, um diese mittels Proteomik zu analysieren. 3. CLO und LDAP sind bei Trockenstress und/oder in Sporen von P. patens wichtig. Wir werden die drei CLO- und das einzelne LDAP-Gen mittels CRISPR/Cas9 ausschalten und die Phänotypen in Bezug auf die Anzahl und Größe der LD, die Trockenresistenz und die Leistung der Sporen analysieren. 4. CLO und LDAP haben im Laufe der Evolution von Streptophytenalgen zu Landpflanzen eine ähnliche Funktion behalten. Wir werden die P. patens Mutantenlinien, die Phänotypen gezeigt haben, mit homologen Genen aus M. endlicherianum komplementieren.

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