Regulatorische Funktion von PP2C Phosphatasen in der pflanzlichen Ionenhomöostase

• Antragsteller: Dr. Benjamin Neuhäuser
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220972194

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Ammoniumaufnahme in Wurzeln von Arabidopsis thaliana ist auf transkriptioneller, posttranskriptioneller und post-translationaler Ebenen reguliert. Die Phospho-Regulation der pflanzlichen Ammoniumtransporter (AMT) durch die Kinase CIPK23 bewirkt eine zeitweise Inaktivierung der Transporter. Welche Phosphatasen an der Dephosphorylierung und der einhergehenden Reaktivierung der AMTs beteiligt sind ist jedoch unklar und sollte in diesem Projekt untersucht werden. In einem Screen haben wir mehrere Phosphatase Kandidaten identifiziert und im Laufe des Projekts deren Effekt auf die AMT-Regulation mittels genetischer, physiologischer und biochemischer Methoden untersucht. Wir konnten zeigen, dass die PP2C Phosphatase ABI1 an der Regulation der Ammoniumtransporter beteiligt ist und diese sowohl direkt dephosphoryliert als auch die regulatorische Kinase CIPK23 bindet. Bei hohen externen Ammonium Konzentrationen steigt der Level des Phytohormons Abscisinsäure (ABA) in der Pflanzenwurzel schnell und stark an. Dieser ABA-Anstieg hat die Bildung eines PYL-ABA-ABI1 Komplex und die einhergehende Inaktivierung von ABI1 zur Folge wodurch die Phosphorylierung der AMTs zunimmt. Durch direkte AMT Dephosphorylierung sowie CIPK23 Inaktivierung agiert die ungebundene und aktive ABI1 Phosphatase als positiver Regulator der Ammoniumaufnahme und verbindet die Ernährung mit dem abiotischen Stresssignalweg der Pflanze. Nach der Identifizierung von CIPK23 als AMT1 regulierende Kinase haben wir in diesem Projekt erfolgreich ABI1 als positiven Regulator der Ammoniumaufnahme identifiziert. Dies ist nicht nur ein bedeutender nächster Schritt in der Regulation der Ammoniumtransporter sondern zeigt darüber hinaus, wie Pflanzen abiotische Einflüsse in ihre Ernährung integrieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2020) A twin histidine motif is the core structure for high-affinity substrate selection in plant ammonium transporters. J. Biol. Chem.
  Ganz, P., Ijato, T., Porras-Murillo, R., Stührwohldt, N., Ludewig, U. & Neuhäuser, B.
  
• (2020) Concentration‐ dependent physiological and transcriptional adaptations of wheat seedlings to ammonium. Physiol. Plant.
  Ijato, T., Porras‐Murillo, R., Ganz, P., Ludewig, U. & Neuhäuser, B.
  
• (2020) Distinct transport mechanism in Candida albicans methylammonium permeases. Mycological Progress
  Neuhäuser, B.
  
• (2021) Abscisic-acid-dependent regulation of Arabidopsis thaliana ammonium transport relies on ABI1 control of CIPK23 and AMT1
  Ganz, P., Porras-Murillo, R., Ijato, T., Menz, J., Straub, T., Stührwohldt, N., Moradtalab, N., Ludewig, U. & Neuhäuser, B.
  
• (2021) High-affinity ammonium transport by Arabidopsis thaliana AMT1;4
  Bindel, N & Neuhäuser, B
  
• (2021) Small peptides modulate the immune function of the ion channel-like protein ACD6 in Arabidopsis thaliana
  Zhu, W., Li, L., Neuhäuser, B., Thelen, M., Wang, M., Chen, J., Wei, L., Venkataramani, K., Exposito-Alonso, M., Liu, C., Keck, J., Barragan, A.C., Schwab, R., Lutz, U., Ludewig, U. & Weigel, D.