Identifikation und funktionelle Analyse molekularer Komponenten der Biosynthese Apiose-haltiger Zellwandpolymere

• Antragstellerin: Professorin Dr. Berit Ebert
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571483527

Pflanzenzellen sind von einer strukturell stabilen und zugleich dynamischen Zellwand umgeben. Diese Zellwand ist nicht nur essenziell für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze, sondern bildet auch eine wichtige Barriere gegenüber Umwelteinflüssen. Darüber hinaus stellt sie die weltweit größte erneuerbare biologische Ressource dar – mit zentraler Bedeutung für Ernährung, Industrie und nachhaltige Energiegewinnung. Ein bedeutender Bestandteil der Zellwand sind Pektine, unter denen Rhamnogalakturonan II (RG-II) die strukturell komplexeste Komponente ist. RG-II kommt in den Primärzellwänden aller Samenpflanzen vor. Charakteristisch für RG-II ist seine Fähigkeit, durch zwei Apiosylreste mittels Boratbrücken ein RG-II-Borat-Diester-Dimer zu bilden. In pflanzlichen Zellwänden liegt RG-II überwiegend in dieser dimerisierten Form vor. Bor ist ein essenzieller Mikronährstoff für Samenpflanzen, dieser trägt nicht nur zur strukturellen Stabilität der Zellwand bei, sondern ist auch an der Abwehr von Pathogenen und an der allgemeinen Stresstoleranz beteiligt. Die Borat-vermittelte Vernetzung von RG-II ist entscheidend für normales Wachstum und eine gesunde Entwicklung der Pflanze. Apiose, der seltene Zucker, über den diese Vernetzung erfolgt, übernimmt somit eine Schlüsselrolle, und dass, obwohl er in der Zellwand von Samenpflanzen ausschließlich in RG-II vorkommt. Interessanterweise ist Apiose in anderen Landpflanzen nicht zu finden und nur einige wenige marine Arten verfügen über ein besonderes Pektin, das sogenannte Apiogalakturonan, in dem Apiose ebenfalls enthalten ist. Trotz der Bedeutung von Pektinen ist bislang wenig über die Biosynthese von RG-II, dessen funktionelle Analyse durch die Letalität entsprechender Mutationen erschwert ist, und von Apiogalakturonan, dass nur in wenigen Arten nachgewiesen wurde, bekannt. Beide Pektine enthalten Apiose, einen seltenen Zellwandzucker, dessen Einbau in pflanzliche Zellwandstrukturen bisher nur unzureichend verstanden ist. Ziel dieses Projekts ist es daher, Transporter und Enzyme zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren, die für die Synthese Apiose-haltiger Pektine erforderlich sind. Zur Umsetzung dieses Ziels wird eine Plattform zur biochemischen Charakterisierung von Nukleotidzucker Transportaktivitäten eingesetzt. Damit sollen Transportproteine identifiziert werden, die UDP-Apiose, die aktivierte Form des Zuckers, aus dem Zytosol in den Golgi-Apparat überführen, das Zellkompartiment, in dem RG-II und Apiogalakturonan synthetisiert werden. Ergänzend sollen Protein-Interaktionsnetzwerke dieser Transporter analysiert und molekulargenetische und zellbiologische Analysen eingesetzt werden, um ein umfassendes Modell der Biosynthese dieser besonderen Pektine zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen