The role of light receptors during asexual and sexual development of Volvox carteri

• Antragsteller: Dr. Arash Kianianmomeni
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229971462

Die Grünalge Volvox carteri besteht aus nur zwei unterschiedlichen Zelltypen (somatische und reproduktive Zellen) und dient als ein einfaches Modellsystem für die Untersuchung der Zelldifferenzierung und Multizellularität. Zwei grundlegende Prozesse, nämlich embryonale Zellteilung und Zelldifferenzierung, welche zur Produktion beider Zelltypen führen, sind lichtabhängig. Die molekularen Hintergründe der Lichtrezeption und Signaltransduktion während dieser Prozesse in Volvox sind bislang wenig erforscht. Das Genom von V. carteri beinhaltet mindestens elf Lichtrezeptoren: drei Cryptochrome (VcCRYp, VcCRYa und VcCRYd), ein Phototropin (VcPhot1) und sieben Mitglieder der Rhodopsin-Familie (VR1, VChR1, VChR2, VR5, VR6, VR7 und VR8). Die Charakterisierung dieser Lichtrezeptoren soll dabei helfen, ihrer Funktion bei verschiedenen Entwicklungsprozessen insbesondere bei der embryonalen Zellteilung und Zelldifferenzierung näher zu kommen. Dafür soll die Expression der Lichtrezeptoren in verschiedenen Entwicklungsstadien während der asexuellen und sexuellen Lebenszyklen gemessen und ihre Zelltyp-spezifische Lokalisation ermittelt werden. Da die sexuelle Differenzierung infolge der Veränderung der Umweltfaktoren wie z.B. Temperatur und zudem in Abhängigkeit des Lichtes auftritt, soll der Einfluss von Umweltreizen auf die Expression von Lichtrezeptoren untersucht werden. In diesem Zusammenhang ist die Charakterisierung der Enzymrhodopsine, welche eventuell die Konzentration von cAMP/cGMP infolge der Umgebungsreize verändern, von enormer Bedeutung. Darüber hinaus soll untersucht werden, welche Einflüsse bestimmte Lichtwellenlängen auf die asexuelle und sexuelle Entwicklung von Volvox haben. Schließlich soll die Funktion eines ausgewählten Lichtrezeptors mit Hilfe hergestellter RNAi Transformanten untersucht werden. Des Weiteren soll nach der heterologen Expression dieses Zelltyp-spezifischen Lichtrezeptors in anderem Zelltyp neue Erkenntnisse über seine Aufgabe; insbesondere bei der Zelldifferenzierung gewonnen werden. Das Projekt soll neue Erkenntnisse über die molekularen Hintergründen der lichtabhängigen zellulären Prozesse liefern, was auch für andere Wissenschaftsfelder wie z.B. Optogenetik von Interesse sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen