Entschlüsselung der Rolle der 1-Aminocyclopropancarbonsäure (ACC) als Signalmolekül in der Evolution von Landpflanzen

• Antragstellerin: Dr. Alisa Keyl
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557916995

Die Besiedlung des Landes durch Pflanzen vor etwa 450 Million Jahren stellt ein zentrales Ereignis in der Geschichte der Erde dar, das zu der heute sichtbaren, großen Vielfalt an Landpflanzen geführt hat. Der Übergang von der aquatischen zu der terrestrischen Umwelt setzte die ersten Landpflanzen einem breiten Spektrum an Umweltstressoren aus, darunter Trockenheit, hoher ultravioletter Strahlung, Temperaturschwankungen und potenziell pathogenen Mikroben. Eine entscheidene Komponente bei der Anpassung an die terrestrischen Bedingungen ist die Fähigkeit Phytohormone zu produzieren, niedermolekulare Metaboliten, die an der Regulation verschiedenster Prozesse beteiligt sind, unter anderem dem Pflanzenwachstum, der Entwicklung und Stressreaktionen. Das flüchtige Pflanzenhormon Ethylen spielt eine entscheidende Rolle bei diesen Prozessen und war wahrscheinlich für die Evolution von Landpflanzen von entscheidender Bedeutung. In Samenpflanzen besteht der klassische Ethylen-Biosyntheseweg aus zwei enzymatischen Reaktionen, bei denen die 1-Aminocyclopropancarbonsäure (ACC) als direkter Vorläufer für die Synthese von Ethylen genutzt wird. Diese Umwandlung von ACC zu Ethylen wird von ACC Oxidasen (ACOs) katalysiert. Genomsequenzierungen und phylogenetische Studien haben jedoch gezeigt, dass Nicht-Samenpflanzen keine Homologe für die klassischen ACO-Enzyme besitzen, aber dennoch sowohl ACC als auch Ethylen produzieren. Folglich verfügen Nicht-Samenpflanzen über einen alternativen, ACC-unabhängigen Ethylen-Biosyntheseweg, den es noch zu erforschen gilt. Außerdem haben neuere Studien gezeigt, dass ACC selbst, unabhängig von Ethylen, als Signalmolekül fungieren kann, um im gesamten Spektrum der Streptophyten die Pflanzenentwicklung zu steuern. Es bleibt jedoch ungeklärt, wie ACC erkannt wird, wie sein Signalweg im Einzelnen aussieht, und welche Folgereaktionen ausgelöst werden. Um den Ursprung und die Evolution des alternativen Ethylen-Biosyntheseweges und des ACC Signalweges zu verstehen, werde ich das Lebermoos Marchantia polymorpha als Modellsystem für Nicht-Samenpflanzen verwenden. Mithilfe von funktioneller Genetik und verschiedenen Omics-Ansätzen wird dieses Projekt den alternativen Ethylen-Biosyntheseweg, sowie den ACC Signalweg und ACC-gesteuerte Prozesse charakterisieren, um die Rolle von Ethylen und ACC in der Evolution der Landpflanzen zu ergründen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Belgien
• Gastgeber: Professor Dr.-Ing. Bram van de Poel