Funktion von GRAS Transkriptionsfaktorkomplexen in der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose

• Antragstellerin: Dr. Katharina Melkonian-Ezekian
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536856410

Die arbuskuläre Mykorrhiza-Symbiose (AMS), die mutualistische Verbindung zwischen arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen (AMF) und Pflanzen, hat einen grundlegenden Einfluss auf terrestrische Ökosysteme und die Gesundheit einzelner Pflanzenarten. Kennzeichnend für die AMS sind spezialisierte Symbiose-Strukturen, genannt Arbuskeln, die vom Symbionten innerhalb der Pflanzenzellen gebildet werden und den effizienten Austausch von Nährstoffen und anderen Molekülen ermöglichen. Die Initiierung, Etablierung und Aufrechterhaltung einer funktionellen AMS wird durch ein sehr spezifisches Transkriptionsprogramm reguliert, das in kolonisierten Pflanzengeweben aktiviert wird. Die an Gefäßpflanzen durchgeführten Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass mehrere Transkriptionsfaktoren (TFs) der GRAS Genfamilie an verschiedenen Schritten dieses Transkriptionsprogramms beteiligt sind und dass verschiedene GRAS Proteinkomplexe zu verschiedenen Aspekten einer funktionellen Symbiose beitragen. Die GRAS Genfamilie ist in Gefäßpflanzen stark dupliziert und diversifiziert. Funktionelle Redundanz und eine hohe Anzahl von Paralogen erschweren eine detaillierte mechanistische Analyse der GRAS TFs in Gefäßpflanzen. Daher sind die potenziellen Funktionen vieler GRAS TFs während der AMS derzeit unbekannt. Außerdem ist kaum verstanden, wie die spezifischen bekannten Funktionen der einzelnen GRAS TFs während der AMS erreicht werden. Eine seit langem bestehende Hypothese besagt, dass sich verschiedene, dynamische GRAS-Proteinkomplexe assemblieren, um jeden Schritt der AMS zu regulieren. Darüber hinaus muss noch ermittelt werden, ob die bekannten Funktionen der GRAS TFs während der AMS bei Landpflanzen evolutionär konserviert sind. Das Lebermoos Marchantia paleacea wurde als erstes nicht-vaskuläres Pflanzenmodell entwickelt, das die AMS bilden kann. Marchantia Lebermoose weisen eine geringe genetische Redundanz auf, was einen großen Vorteil für die mechanistische Funktionsanalyse von Genen darstellt, die in anderen Modellpflanzenarten stark dupliziert sind, wie die GRAS Genfamilie. Das Ziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie TFs der GRAS Familie die AMS in M. paleacea regulieren. Mit einer Kombination aus Loss- und Gain-of-Function-Ansätzen, sowie Interaktomik und Transkriptomik werde ich die Funktion von GRAS TFs verschiedener Subkladen während der AMS untersuchen, Proteinkomplexe, die von GRAS TFs gebildet werden, aufklären und den Beitrag dieser Komplexe zur Aktivierung der Zellreprogrammierung, welche die AMS ermöglicht, testen. Die aus meinen Studien gewonnenen Erkenntnisse werden Einblicke in die spezifischen Funktionen von GRAS TFs während der AMS in M. paleacea liefern und voraussichtlich neue Funktionen von GRAS TFs entdecken, die potenziell in anderen Landpflanzen konserviert sind. Darüber hinaus wird der erzeugte Datensatz eine neue Ressource für die Gemeinschaft darstellen, um das Verständnis der AMS, der ältesten Pflanzensymbiose, zu erleichtern.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Professor Dr. Pierre-Marc Delaux