ProMAlgate: Eine Proteindynamik-basierte Definition der Mehrzelligkeit in den nächsten Algenverwandten der Landpflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Jan de Vries
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569599232

Mehrzelligkeit evolvierte mehrfach und führte zur Entstehung wichtiger Gruppen wie Embryophyten (Landpflanzen). Überraschenderweise sind die nächsten Algenverwandten der Landpflanzen die Zygnematophyceae, eine Gruppe mit relativ einfachen einzelligen oder filamentösen Körpern. Unsere Arbeiten deuten darauf hin, dass die Übergänge von der Einzelligkeit zur Mehrzelligkeit auf einem uralten genetischen Programm beruhen. Hiefür haben wir kürzlich die genomischen Ressourcen an einzellige und mehrzellige Zygnematophyten erweitert. Nun können die Unterschiede zwischen einzelligen und mehrzelligen Formen der nächsten Algenverwandten der Landpflanzen bestimmt werden. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass wir (a) mittels Umwelteinflüssen die Zellform von Einzellern verändern können – während Mehrzeller stabiler bleiben, und (b) Zeitreihen RNAseq- und proteomische Daten sammeln können. Dies ermöglicht uns, die Zellteilung zu manipulieren und die morphogenetischen Effekte von Umwelteinwirkungen zu untersuchen. Wir werden die Hypothese testen, dass sowohl einzellige als auch filamentöse Zygnematophyten über einen Baukasten zur vielzelligen Morphogenese verfügen, der dynamische eingesetzt wird und mit Landpflanzen gemein ist. In vorherigen Arbeiten zeigten wir, dass Zellteilungsgene, die für Embryophytenmerkmale wie die Phragmoplastenbildung entscheidend sind, auch bei einzelligen Zygnematophyten co-exprimiert werden. Nun werden wir ihre dynamische Rolle beim vielzelligen Wachstum und der Morphogenese untersuchen. Wir werden die MAdLand-Systeme Mesotaenium endlicherianum, Zygnema circumcarinatum und Physcomitrium patens als Landpflanzenreferenz verwenden, um drei synergetische, parallele Ziele zu verfolgen: (1) eine RNAseq und proteomische Zeitreihe der Zellteilung bei den nächsten Algenverwandten der Landpflanzen erstellen; wir können mittels Coexpressionsdaten funktionelle Module von Zellteilungsgenen selbst in zufälligen Populationen von Zygnematophytenzellen identifizieren lassen. Nun werden wir dies über den gesamten Tageszyklus aller drei Arten hinweg verfolgen. (2) Identifizierung wichtiger morphogenetischer Zellteilungsproteine in einzelligen und mehrzelligen Zygnematophyten durch Manipulation: Wir haben beobachtet, dass Umwelteinflüsse die Zellform bei Zygnematophyten verändern können, wodurch wir die Rückkopplung von Proteinen, die an der morphogenen Zellteilung beteiligt sind, verstehen können. (3) Untersuchung der Erhaltung von Zellteilungsfaktoren: Wir haben die Phragmoplast-Orientierungskinase als wichtigen Knotenpunkt in den Zellteilungsgennetzwerken von Zygnematophyten identifiziert und wollen ihre Rolle durch artenübergreifende Komplementation in doppel-KO pok1 pok2-Linien von Arabidopsis aufklären. Darüber hinaus werden wir mit Hilfe von Antikörpern gegen Zytoskelettkomponenten und Methoden zur Isolierung des Zytoskeletts versuchen, Teile der Teilungsmaschinerie während des Zellzyklus abzubauen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen