Draparnaldia – eine Modellalge für die Kolonisierung terrestrischer Lebensräume in der Abteilung Chlorophyta

• Antragstellerin: Lenka Caisova, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372316352

Die Landbesiedelung durch grüne Pflanzen war eines der bedeutendsten Ereignisse in der Erdgeschichte. Dieses Ereignis erforderte eine Folge von Pflanzenadaptionen, um das Überleben und die anschließende Radiation in terrestrischen Lebensräumen zu sichern. Es ist allgemein anerkannt, dass die Landpflanzen aus Streptophyten entstanden sind, deren letzter gemeinsamer Vorfahre eine limnische Alge der Charophyten war. Es ist aber auch bekannt, dass viele Chlorophyten ein breites Spektrum von Adaptionen an (semi-) terrestrische Habitate sowie morphologische Ähnlichkeit mit den Protonemastadien von Moosen besitzen. Dies wirft die wichtige Frage auf, warum Landpflanzen von den Streptophyten abstammen und nicht von der chlorophytischen Linie. Der erste Schritt zu einem Verständnis, warum sich Chlorophyten an Land nicht verbreitet haben, ist es, ihre Anpassungen an das Landleben zu verstehen. Aus diesem Grund beabsichtige ich, mich in diesem Projekt auf die molekularen Antworten des Austrocknungsprozesses zu fokussieren – eine Schlüsseleigenschaft des Übergangs von Pflanzen in terrestrische Lebensräume. Ich werde die molekularen Mechanismen der Austrockungstoleranz am Beispiel zweier Pflanzen (Draparnaldia – Chlorophyta; das Modellmoos Physcomitrella – Streptophyta) untersuchen, die ähnliche morphologische Merkmale und Wachstumseigenschaften zeigen, aber durch nahezu 1 Milliarde Jahre der Evolution voneinander getrennt sind. Meine Vorhaben: (i) Transkriptomanalysen von Draparnaldia zur Identifizierung adaptiver Gene, die mit der Austrocknung assoziiert sind; (ii) funktionale Analysen zwischen Draparnaldia und Physcomitrella zur Bestimmung der Konservierung der Genfunktionen über 1 Milliarde Jahre der Evolution; (iii) Etablierung eines Transformations-Systems von Algen zur Komplementations Analyse von Mutantenstämmen (z.B. durch CRISPR/Cas9 vermittelte Genomeditierung) und Schätzung der Größe des Draparnaldia-Genoms für zukünftige Genomsequenzierungen. Das in diesem Projekt gewonnene Wissen wird zum Verständnis zweier grundlegender Fragen zur Evolution der Austrocknungstoleranz beitragen: (a) wie ähnlich/unterschiedlich die adaptierten Strategien in Chlorophyten und Streptophyten sind, und (b) ob Chlorophyten adaptive Gene bewahrt haben, die funktional äquivalent zu adaptiven Landpflanzen-Genen sind. Außerdem wird dieses Projekt ein erster Schritt in der Etablierung einer semiterrestrischen filamentösen Alge, Draparnaldia, als Modellsystem sein, um zelluläre Differenzierung, Entwicklung und umweltbedingte Wachstumsantworten in Chlorophyten zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Dr. Andrew C. Cuming