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Projekt
Verständnis der Dekodierung von Calciumsignalen durch calcium-abhängige Enzyme und Ionenkanäle in Pflanzen - Integration experimenteller Daten und rechnerischer Modellierung
Antragstellerin
Professorin Dr. Ursula Kummer
Fachliche Zuordnung
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Förderung
Förderung von 2014 bis 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 49476430
Calciumsignaltransduktion findet in vielen verschiedenen Zelltypen in Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen statt und vermittelt Informationen von Agonisten, die an Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden, zu Zielen innerhalb der Zelle. Die übertragene Information dient vielen unterschiedlichen Zwecken. In Pflanzen werden viele entwicklungsbiologische Vorgänge, aber auch unmittelbare Antworten auf Umweltfaktoren durch Calcium gesteuert. Wie diese unterschiedlichen Funktionen durch ein und denselben Botenstoff übertragen werden können ist immer noch nur zum Teil verstanden. Dies trifft insbesondere auf die Pflanzenphysiologie zu. Wir möchten das Verständnis dieser Informationsübertragungsmechanismen durch Verfolgung zweier Ziele verbessern: Erstens werden wir - in Zusammenarbeit mit den Gruppen Kudla, Grill, Hedrich and Romeis - auf Basis der experimentell bestimmten Kinetik calciumabhängiger Enzyme und Ionenkanäle in A. thaliana detailierte, kinetische Modelle derselben aufbauen. Diese Modelle sollen dann mit experimentellen Daten von Calciumtransienten, wie sie von den Partnern gemessen werden, gekoppelt werden. Auf diese Weise wird es - auch ohne detailiertes rechnerisches Modell der gesamten Calciumsignaltransduktion - möglich sein, die Dekodierung von Calciumsignalen durch calciumabhängige Proteine in diesen Systemen im Detail zu untersuchen. Unser zweites Ziel ist es dann, tatsächlich ein rechnerisches Modell der Calciumsignaltransduktion in Pflanzenzellen aufzubauen. Verglichen mit existierender Literatur und basierend auf eigenen Arbeiten und experimentellen Messungen, soll dieses Modell so weit wie möglich biochemisch mechanistisch und quantitativ sein. Es soll jedoch auch flexibel genug sein, um später die Anpassung an verschiedene gewebe- und organismusspezifische Umstände zu erlauben. Uns ist bewusst, dass diese Vorhaben eine Herausforderung ist, da nicht alle Bestandteile der Calciumsignaltransduktion in Pflanzen bekannt und/oder charakterisiert sind. Trotzdem erwarten wir uns wichtige Erkenntnisse - ähnlich wie im Fall der Calciumsignaltransduktion in Vertebratenzellen - da wir in der Lage sein werden, virtuelle Experimente durchzuführen und das gegenwärtige Wissen über die Calciumsignaltransduktion zu integrieren, so dass man bestimmte Hypothesen bezüglich der qualitativen und quantitativen Natur der Signale testen kann. So wurden auf diese Weise wichtige Mechanismen in Vertebratenzellen entdeckt, da die frühen Modelle nicht in der Lage waren, das physiologisch beobachtete Verhalten widerzugeben und daher Hinweise auf fehlende Teile gaben. Wir werden uns auf die Calciumsignaltransduktion im Zusammenhang mit ABA- und salzinduzierten Antworten in der Wurzel und ABA-induzierten Antworten in Schließzellen konzentrieren, da dies die Systeme sind, die detailiert in der Forschergruppe untersucht werden. Für diese werden wir eine große Menge Daten als Basis unserer Modelle zur Verfügung haben.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
