Regulatorische Kontrolle des dreiphasigen Lebenszyklus in einer Modell-Rotalge

• Antragsteller: Dr. Michael Borg
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573935254

Rotalgen (oder Rhodophyta) stellen ein äußerst vielfältiges Phylum mariner Organismen innerhalb des Reiches der Archaeplastida dar, die zu den ersten eukaryotischen Linien gehören, die Mehrzelligkeit entwickelt haben. Obwohl die meisten Rotalgen bemerkenswert komplexe Fortpflanzungsstrategien aufweisen, die mit der Komplexität von Landpflanzen konkurrieren, ist über die molekularen Grundlagen der Entwicklung von Rotalgen nur sehr wenig bekannt. Ein charakteristisches Merkmal der meisten Florideophyceae - zu denen die größten und fortschrittlichsten Ordnungen der Rotalgen gehören - ist eine rätselhafte Fortpflanzungsstrategie, der so genannte dreiphasige Lebenszyklus. Wie der zweiphasige Lebenszyklus von Pflanzen und anderen Algen, zeichnet sich auch dieser dreiphasige Lebenszyklus durch Wechsel von mehrzelligen haploiden und diploiden Generationen aus. Jedoch werden diese Generationen durch eine zusätzliche diploide Generation, dem Karposporophyten, überbrückt. Der Karposporophyt hat einen in der Biologie einzigartigen Prozess entwickelt, bei dem die Zygote zu einer großen Anzahl diploider Sporen amplifiziert wird und somit der Erfolg einer einzigen Befruchtung maximiert wird. Warum die Florideophyceae den dreiphasigen Lebenszyklus entwickelt haben ist noch umstritten, aber seine weite Verbreitung und die komplexe Ausprägung der Entwicklung in den dominanten Ordnungen der Rotalgen deuten auf einen bedeutenden Einfluss auf den evolutionären und ökologischen Erfolg hin. Dieser DFG-Antrag zielt darauf ab, die regulatorischen Rahmenbedingungen aufzudecken, die dem dreiphasigen Lebenszyklus von Bostrychia moritziana zugrunde liegen, einer komplexen Rotalge, die wir als Modellsystem zur Untersuchung der Entwicklung von Rotalgen etabliert haben. Unser erstes Ziel ist es, mithilfe von Bulk- und Einzelzell-Transkriptomik genregulatorische Netzwerke während des dreiphasigen Lebenszyklus zu analysieren. Ziel ist es, die genetischen Zusammenhänge aufzudecken, die dem dreiphasigen Lebenszyklus zugrunde liegen, und einen Einblick in seine molekulare Regulation und seine evolutionären Ursprünge zu gewinnen. Das zweite Ziel besteht darin, mithilfe von Mikroskopie und epigenomischen Ansätzen ein Chromatin-Profil über alle Phasen des dreiphasigen Lebenszyklus zu erstellen. Ziel ist es, zu verstehen, wie Chromatin-Profile in Rotalgen geformt werden, wie diese über den dreiphasigen Lebenszyklus hinweg moduliert werden, und letztlich dazu beizutragen, dringend benötigte Einblicke in die Funktionsweise von Chromatin innerhalb der Rotalgen zu gewinnen. Zusammengefasst stellen diese interdisziplinären Ansätze vielversprechende neue molekulare und evolutionäre Einblicke in diese einzigartige Fortpflanzungsstrategie dar, die wesentlich zum evolutionären Erfolg dieser essenziellen aquatischen Organismen beigetragen hat und gleichzeitig neue Wege zur weitergehenden Untersuchungen der Molekular- und Entwicklungsbiologie von Rotalgen eröffnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen