Koevolution von miRNAs und ihren Zielgenen im Kontext der Abhängigkeit von Sporophyt und Gametophyt

• Antragstellerin: Dr. Sophie de Vries
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431732981

Die Dominanz und Abhängigkeit von Sporophyten und Gametophyten veränderten sich stark während der Landpflanzenevolution. Bei Bryophyten ist der kurzlebige Sporophyt an den haploiden Gametophyten gebunden; bei Samenpflanzen sind Sporophyten unabhängig der dominante Teil des Lebenszyklus während Gametophyten kurzlebig und sporophytenabhängig sind. Farne haben unabhängige und selbsterhaltende Gametophyten und Sporophyten. Wie kam es zu diesen Unterschieden in Dominanz und Abhängigkeit? Welche molekularen Programme sind ausschlaggebend? Hier werden wir testen, ob (i) diese Gametophyten-Sporophyten Transition ähnlichen molekularen Netzwerken entlang der Landpflanzenlinien zugrunde liegt und (ii) ob die Netzwerke evolutionär konserviert oder konvergent rekrutiert sind. sRNAs sind wichtige Regulatoren, mit großem Dynamikpotenzial in ihrer Sequenz und der kontrollierten (m)RNA-Ziele. Sie kontrollieren den Beginn der Reproduktion, die Bildung der Fortpflanzungsorgane und die Fruchtbarkeit bei Angiospermen. Der Grad der Konservierung von sRNA-Regulationsnetzwerken bei Landpflanzen ist unerforscht. Daher werden wir die Reproduktionsnetzwerke, ihre evolutionäre Geschichte und ihre anzestralen Charakterzustände bei Landpflanzen anhand etablierter repräsentativer Modelle aufklären: dem Farn C. richardii und den beiden Bryophyten M. polymorpha und P. patens. Durch funktionelle Evolutionsanlysen der miRNA-basierten Regulation, werden wir feststellen, wie viele dieser Fortpflanzungsnetzwerke (oder Teile davon) linienspezifisch rekrutiert wurden und wie viele möglicherweise evolutionär konserviert sind—unter Berücksichtigung der evolutionären Dynamik in miRNA-Netzwerken. Wir werden (i) untersuchen, welche miRNA-Familien während des Übergangs von Gametophyt zu Sporophyt evolutionäre Schlüsselakteure sind, (ii) ableiten, wie dies mit der Evolution der Entwicklungsbiologie von Fortpflanzungsorganen zusammenhängt, und (iii) die Evolutionsgeschichte dieser regulatorischen Module verfolgen. Hierfür werden wir zunächst miRNAs identifizieren, die bei Gametophyt-zu-Sporophyt-Übergängen angereichert sind, nach miRNAs suchen, die zu denen aus Angiospermen-Modellsystemen homolog sind, und miRNAs identifizieren, die in wichtigen Linien von Nichtsamenpflanzen in gametophytischem vs. sporophytischem Gewebe signifikant angereichert sind. Indem wir Gametophyten separat sequenzieren, verwenden wir denselben zweigleisigen Ansatz, um die Konservierung und neuartige Rekrutierung von miRNA-gesteuerten Modulen zur Bildung von Fortpflanzungsorganen zu identifizieren. Die Zielgene der miRNA-Kandidaten werden durch Degradomsequenzierung vorhergesagt und bestätigt. Dabei kommen dieselben gametophytischen und sporophytischen Strukturen zum Einsatz, die auch für die sRNA-Sequenzierung verwendet werden. Unsere Arbeiten werden Aufschluss über den evolutionären Ursprung eines wichtigen regulatorischen Netzwerks in der regulatorischen Biologie aller Landpflanzen geben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5098: Innovation und Koevolution in der sexuellen Reproduktion von Pflanzen - ICIPS