Anwendung neuer genetischer und analytischer Methoden im Modellmoos Physcomitrium patens für die Membranlipidforschung

• Antragstellerin: Dr. Tegan Haslam, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539891731

Sphingolipide sind Hauptkomponenten der pflanzlichen Plasmamembran und für deren Funktion und damit für die Lebensfähigkeit von Pflanzen unerlässlich. Spezifische Modifikationen der Sphingolipid-Kopfgruppen sind für das normale Wachstum und die normale Entwicklung erforderlich, zudem beeinflusst der Sphingolipidgehalt die interzelluläre Kommunikation über Plasmodesmen (PD). Derzeit wird unser mechanistisches Verständnis dieser Funktionen behindert, weil die meisten Sphingolipid-Mutanten von Arabidopsis thaliana, dem klassischen pflanzlichen Modellorganismus, pleiotrope und nicht-lebensfähige Phänotypen haben. Daher schlage ich vor, die Funktionen der Sphingolipide in Physcomitrium patens zu erforschen. P. patens stellt aufgrund seines (i) einfacheren Entwicklungsmusters, (ii) den in Anzahl und Qualität zunehmenden Werkzeugen für die genetische Manipulation sowie (iii) seiner Identität als Bryophyt - einer phylogenetischen Klade, die mit allen Gefäßpflanzen (Tracheophyten) verwandt ist - ein komplementäres Modell zu A. thaliana dar. Mithilfe einer von mir generierten, einzigartigen Sammlung an Sphingolipid-Mutanten von P. patens, optimierten genetischen Manipulationswerkzeugen und modernsten, zielgerichteten Lipidomics-Methoden werde ich die physiologischen Auswirkungen der Identität der Sphingolipid-Kopfgruppen in P. patens aufklären. Weiterhin werde ich die Rolle der Sphingolipide in der PD-Funktion mit Hilfe eines zytosolischen Motilitätstests untersuchen und die PD-Struktur und den lokalen Lipidgehalt in Mutanten mit den gravierendsten Motilitätsdefekten charakterisieren. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) sind Hauptbestandteile der Membranlipide in Bryophyten, aber nicht in Tracheophyten. Die Charakterisierung der für die PUFA-Synthese erforderlichen Enzyme hat aufgrund des Interesses an der Etablierung dieses Stoffwechselwegs in heterologen Systemen rasante Fortschritte gemacht, da PUFAs essenzielle Fettsäuren für die menschliche Gesundheit darstellen. Die physiologische Rolle der PUFAs in Bryophyten ist noch unklar, ebenso wie die Gründe, warum der PUFA-Syntheseweg in Bryophyten erhalten ist, aber nicht in Tracheophyten. Ich werde untersuchen, wie sich genetische Manipulationen der PUFA-Synthese auf die nachgeschalteten Stoffwechselvorgänge und die abiotische Stresstoleranz auswirken. Diese Arbeiten werden wertvolles Grundlagenwissen liefern und die angewandte Forschung unterstützen, um die PUFA-Produktion in Nutzpflanzen für den menschlichen Gebrauch zu verbessern. Darüber hinaus werde ich die kondensierenden Enzyme, die für die Fettsäureverlängerung erforderlich sind, in A. thaliana und P. patens als repräsentative Modelle für Tracheophyten bzw. Bryophyten untersuchen und vergleichen. Insgesamt werden für die vorgeschlagenen Arbeiten modernste genetische Manipulationswerkzeuge und Massenspektrometrie-Techniken eingesetzt, um grundlegende Forschungsfragen zur Synthese und Funktionen von Membranlipiden zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen