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Projekt
Evolution der Kalzium- und elektrischen Kommunikation im Zuge der Landeroberung der Pflanze
Antragsteller
Professor Dr. Dirk Becker; Professor Dr. Rainer Hedrich
Fachliche Zuordnung
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Biophysik
Biophysik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440539846
Im Zentrum des beantragten Projektes steht die funktionelle Evolution von Kalzium- und elektrischen Signalnetzweken der Stressanpassung, welche entscheidend zum erfolgreichen Landgang der Pflanzen beigetragen haben. Drei offene Fragen für das Schwerpunktprogramm "MAdLand" will das Projekt beantworten: i) Welche, für die Eroberung von Land wichtigen Merkmale der Zell-Zell-Kommunikation evolvierten bereits in den Charophyten-Süßwasseralgen? ii) In welcher Abfolge und Art erfolgten die molekularen Anpassungen der Zell-Zell-Kommunikation im Zuge der frühen Landpflanzenentwicklung? und iii) Welche molekular-evolutionären Prozesse waren dabei entscheidend für den Erwerb der Toleranz gegenüber abiotischen und biotischen Belastungen?Mit dem Fokus auf drei Modellarten, Chara braunii, Marchantia polymorpha und Ceratopteris richardii, konzentrieren wir uns auf drei ausgewählte Ionenkanalklassen, die für die lokale Signalerzeugung, aber auch für die systemische Signalausbreitung sorgen: i) Glutamatrezeptor-ähnliche Kanäle (GLRs), als Plasmamembran-Eintrittspforten für Kalziumionen und Vermittler der Kalzium-abhängigen, elektrischen Signalausbreitung, ii) Kalziumaktivierte Tandemporenkanal-1-(TPC1)-Proteine als Schlüsselproteine der vakuolären elektrischen Erregbarkeit und iii) Big-K+-Kanäle (BKs) - vorhanden in Algen und frühen Landpflanzen, nicht aber in Angiospermen - als neues mögliches molekulares Verbindungsglied der Kalzium-kontrollierten elektrischen Signalübertragung.Unter Nutzung von ‘Genom-Editing’ und Molekulargenetik sowie Zellbiologie und Elektrophysiologie warden wir GLR-, TPC- und BK-Kanäle funktionell charakterisieren und deren Struktur-Funktionsbeziehungen in heterologen Expressionssystemen, in planta- und in Komplementationsstudien analysieren. Dieser experimentelle Ansatz erlaubt es uns, folgende, spezifische Fragen zu untersuchen: i) Welche Ionenkanäle werden für die Kalzium-basierte, elektrische Signalübertragung benötigt? ii) Wie und und zu welchem Zeitpunkt der pflanzlichen Evolution evolvierten sie? iii) Welche physiologische Rolle spielen die jeweiligen Ionenkanalklassen in den evolutionär früh divergierenden Pflanzengruppen, und welche funktionellen Anpassungen erfolgten nach der Divergenz der Alge Chara, des Lebermoses Marchantia und des Farns Ceratopteris im Vergleich zu den heute bekannten und gut untersuchten Angiospermen? und schließlich iv) welche strukturellen Veränderungen in GLRs, TPC1s und BKs führten zur Evolution einer systemischen Kalzium- bzw. elektrischen Signalübertragung?
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
