Evolutionärer Einfluss kleiner RNAs in der Regulation der Genexpression in Bryophyten bei der molekularen Adaptation an das Leben an Land

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Frank
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440035902

Evolutionärer Einfluss kleiner RNAs in der Regulation der Genexpression in Bryophyten bei der molekularen Adaptation an das Leben an Land Wir werden vergleichende Analysen der Genregulation durch kleine, nicht-kodierende RNAs (Engl.: small RNA, sRNA) in dem Laubmoos Physcomitrium patens und dem Lebermoos Marchantia polymorpha durchführen. Diese Studien beinhalten funktionelle Untersuchungen spezifischer DICER-LIKE-abhängiger sRNA-Regulationswege und deren Zieltranskripte. Die Analyse einer spezifischen P. patens PpDCL1a-Mutante, in der eine autoregulatorische Rückkopplungskontrolle des PpDCL1a-Transkripts ausgeschaltet wurde, hat eine essentielle Funktion dieser Regulation für die microRNA-Biogenese und die Anpassung an erhöhte Salzkonzentrationen aufgezeigt. Mittels einer Transkriptomanalyse dieser Mutante konnten Gene identifiziert werden, die zu einer Anpassung während des Landgangs der Pflanzen beitragen. Veränderte Transkriptmengen eines Gens, das ein membranständiges Flotillin-Protein kodiert, das am Vesikeltransport und der Signalleitung beteiligt ist, sowie eines weiteren Gens, das einen MYB-Transkriptionsfaktor kodiert, rufen ein verändertes Wachstum und eine gestörte Sensitivität gegenüber Phytohormonen und Salz hervor. Die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen, die diese phänotypischen Veränderungen verursachen, sollen aufgeklärt werden. Darüber hinaus haben wir Mutanten aller vier bekannten M. polymorpha DCL-Gene hergestellt und starke Veränderungen hinsichtlich ihres Wachstums, der Phytohormonantwort und der Anpassung an erhöhte Salzkonzentrationen beobachtet. Diese Mpdcl-Mutanten können für die Aufklärung sämtlicher sRNA-Biogenesewege in M. polymorpha und deren Vergleich mit den bekannten sRNA-Wegen in P. patens eingesetzt werden. Die Mutanten sollen für genomweite Analysen des sRNA- und mRNA-Transkriptoms genutzt werden, um das spezifische sRNA-Reperoire und sRNA-abhängige Kontrolle der Genexpression in M. polymorpha aufzuklären. Darüber hinaus erwarten wir, basierend auf unseren bisherigen Untersuchungen sRNA-regulierter Gene in P. patens und der Mpdcl-Mutanten in M. polymorpha, verschiedene inhaltliche Schwerpunkte des MAdLand Schwerpunktprogramms wie die Evolution Phytohormon-abhängiger Signalwege und assoziierter Genregulation, die zunehmende Komplexität pflanzlicher Baupläne und die Evolution regulatorischer Mechanismen in der Anpassung an neue Lebensräume abzudecken.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2237: MAdLand - Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung