iPHACTORY: Interdisziplinäre Untersuchung von photosynthetischen glanduläre Trichome als zelluläre Stoffwechselfabriken

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Anna Matuszynska; Professor Dr. Alain Tissier
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420069095

Pflanzen haben verschiedene Schutzmechanismen entwickelt, um ihre Anpassung an die Umwelt zu verbessern. Eine Strategie der direkten oder indirekten Pflanzenabwehr gegen biotische Angriffe ist die Produktion zahlreicher spezialisierter Metabolite. Dabei spielen glanduläre Trichome eine wichtige Rolle in der Überlebensrate der Pflanzen. Lokalisiert auf der Oberfläche der oberirdischen Pflanzenteile, produzieren, lagern und sekretieren sie große Mengen unterschiedlichster chemischer Verbindungen. Die extrem hohen Stoffwechselflüsse innerhalb der glanduläre Trichome (einige produzieren sogar bis zu 20% des Trockengewichts des Blattes) qualifizieren die glanduläre Trichome als echte zelluläre Stoffwechselfabriken. Neben den Eigenschaften als Antimykotikum, Insektizid oder Pestizid, sind viele dieser Metabolite von kommerzieller Bedeutung, was in den letzten Jahren zu einer erhöhten Aufmerksamkeit in der Trichombiologie geführt hat. Trotz multidisziplinärer Forschungsanstrengungen bleibt eine Reihe von Fragen zur Bioenergetik der glanduläre Trichome unbeantwortet. Um vorhandene Wissenslücken bezüglich der Metabolitenregulation zu schließen, bedarf es einer grundlegende Untersuchung aller wichtigen Faktoren die sich auf die Flußverteilungen auswirken. Hierfür werde verschiedene, bekannte und noch aufzuklärende Vorläuferstoffwechselwege analysiert. Wir wollen herausfinden, wie die effiziente Produktion von spezialisierten Metaboliten bewerkstelligt wird und was die Ursprünge der Kohlenstoff- und Energieversorgung sind, die solchen extrem hohe Stoffwechselflüsse in pflanzlichen glanduläre Trichome erhalten. Dies erreichen wir durch einen interdisziplinären Ansatz, der Wissen aus Multi-Omics-Experimenten mit mathematischer Modellierung und computergestützte Analysen kombiniert. Als Modellsystem werden wir die photosynthetisch aktiven Trichomen von Tomaten benutzen. Durch Veränderungen der Umweltbedingungen und genetische Mutationen des Modellsystems werden zusätzliche Erkenntnisse zur Aufrechterhaltung der Stoffwechselproduktivität erhalten. Zusätzlich ermöglichen diese Untersuchungen eine mögliche Beteiligung eines C4-Photosynthese ähnliches, metabolisches Netzwerk aufzudecken. Die mathematischen Modelle, welche in diesem Projekt generiert werden, bilden die Grundlage für die Entwicklung innovativer Strategien, um Stoffwechselwege in Pflanzen und anderen Organismen zu optimieren für die Produktion der hoch diversen Sekundärmetabolite: Terpenoide.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen