Untersuchung der funktionellen Interaktion von Typ-II-Phytochromen in Arabidopsis

• Antragstellerin: Dr. Cornelia Klose
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563967152

In komplexen natürlichen Umgebungen können sich die Licht- und Temperaturbedingungen schnell und simultan ändern. Pflanzen müssen in der Lage sein, diese wechselnden Bedingungen zu erkennen, die verschiedenen Signale zu integrieren und ihre physiologischen Reaktionen entsprechend zu steuern, um Wachstum und Fortpflanzung optimal zu gewährleisten. Phytochrome sind temperaturempfindliche Photorezeptoren für den roten und dunkelroten Bereich des Lichtspektrums, die eine essentielle Funktion bei der Erkennung und Integration von Licht- und Temperatursignalen in Pflanzen haben. Abhängig von der spektralen Zusammensetzung und der Intensität des Lichts wird die Umwandlung vom inaktiven Pr- in den aktiven Pfr-Zustand sowie zurück zu Pr reversibel gesteuert. Darüber hinaus erfolgt die Inaktivierung von Pfr in Pr auch über die lichtunabhängige thermale Reversion. In unserer Modellpflanze Arabidopsis thaliana umfasst die Phytochromfamilie 5 Mitglieder, phyA bis phyE, wobei phyB, C, D und E zu den lichtstabilen Typ II Phytochromen zählen. Phytochrome sind dimere Proteine. Für phyB haben wir bereits gezeigt, dass die spezifischen Eigenschaften der Phytochromdimere und deren intrazelluläre Dynamik bestimmen, unter welchen Bedingungen phyB physiologisch aktiv sein kann. PhyC, D und E sind weit weniger intensiv untersucht, vor allem weil phyA und B viele Lichtreaktionen in Pflanzen dominieren. Unsere Vorexperimente zeigen jedoch, dass phyB allein nicht in der Lage ist, Lichtreaktionen auf Wildtypniveau zu vermitteln. Interessanterweise kann phyB als Homodimer oder als Heterodimer mit phyC, D oder E auftreten. Basierend auf vorläufigen Ergebnissen nehmen wir an, dass phyC, D und E allein keine starke Aktivität haben, jedoch vermutlich ihre Funktion ausüben, indem sie die Aktivität von phyB modulieren. Wir vermuten weiter, dass diese funktionelle Interaktion innerhalb von Phytochrom-Heterodimeren mit spezifischen Eigenschaften stattfindet. Diese Mechanismen könnten Pflanzen in die Lage versetzen, ihren Sensitivitätsbereich für Licht- und Temperaturbedingungen erheblich zu erweitern. In dem vorgeschlagenen Projekt wollen wir die dynamischen Eigenschaften der Phytochrome C, D und E und ihrer Heterodimere mit phyB charakterisieren und die Mechanismen der funktionellen Interaktion von Phytochromen in Heterodimeren untersuchen. Dies wird unser Verständnis dafür verbessern, wie Pflanzen erfolgreich mit den sich ständig ändernden Umweltbedingungen umgehen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen