Die Rolle von Trehalose-6-Phosphat in Moosen (Bryophyten) und während der Evolution der Landpflanzen

• Antragstellerin: Dr. Franziska Fichtner
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527912383

Trehalose-6-Phosphat (Tre6P) ist ein gering konzentriertes Metabolit, das in Blühpflanzen eine wichtige Rolle im Zuckerstoffwechsel, Entwicklungsentscheidungen und bei der Aufrechterhaltung optimaler Saccharose-Spiegel einnimmt. Tre6P wird von Tre6P-Synthasen (TPS) hergestellt und von Tre6P-Phosphatasen (TPP) zu Trehalose dephosphoryliert. TPS- und TPP-Proteine finden sich in allen Gruppen der Chloroplastiden und drunten befinden sich auch katalytisch inaktive TPS-Proteine, was auf eine Funktion für Tre6P-Signalisierung hindeutet. Darüber hinaus zeigen Tre6P-assoziierte Gene einen transkriptionellen Unterschied in dekapitierten Physcomitrium patens Sprossen, und Mutanten mit weniger Tre6P in P. patens sind nicht in der Lage Sporophyten zu produzieren. In Marchantia polymorpha sind TPS und TPP Gene in reproduktiven Anlagen hoch exprimiert, was auf eine Rolle von Tre6P in der Reproduktion sowohl in Moosen und Lebermossen hindeutet. Des Weiteren wurde ein TPP identifiziert, das mit einem zentralen Regulator des arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose-Programms interagiert. Eine direkte Verbindung zwischen Tre6P und Mykorrhiza-Symbiose ist jedoch noch nicht gezeigt worden. Das Vorhandensein von Tre6P-Synthese- und Abbauproteinen in grünen Algen und Moosen, insbesondere das Vorhandensein katalytisch inaktiver Formen, deutet darauf hin, dass Tre6P eine Signalisierungsfunktion hat, die zur Evolution von Landpflanzen beigetragen haben könnte. Das Ziel dieses Projekts ist es daher, die Rolle von Tre6P im Zuckerstoffwechsel und während Entwicklungsprozessen in streptophytischen Algen und Bryophyten durch diese drei klaren Zielen zu untersuchen: 1) Untersuchung der Rolle von Tre6P bei der Regulierung des Stoffwechsels in Streptophyten-Algen, 2) Identifizierung der Funktion von Tre6P bei der Regulierung des Stoffwechsels und der Entwicklung in Moosen und 3) Untersuchung der Rolle von Tre6P in der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose in Lebermoosen. Die verwendeten Methoden umfassen das Anziehen verschiedener Algen und Moose unter variierenden Licht- und Kohlenstoffbedingungen, um zu untersuchen, ob Tre6P-Level auf Veränderungen der Zuckerverfügbarkeit reagieren und ob Veränderungen der Tre6P-Level zu einer Neuprogrammierung des Stoffwechsels führen, wie es bei Angiospermen beobachtet wird. Durch genetische Manipulation werden die Tre6P-Level in Moosen verändert und mit detaillierten metabolischen und phenotypischen Analysen kombiniert. Dies wird uns helfen, zu klären, ob Tre6P in der Bereitstellung von Trehalose als Speicher- und Transportzucker in Pflanzen einnimmt, und/oder metabolische und Entwicklungsprozesse gezielt steuert. Zusammenfassend zielt dieses Projekt darauf ab herauszufinden, ob Tre6P ein Signalmolekül ist, das eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Stoffwechsels und der Entwicklung in Streptophyten spielt und ob es zur Anpassung der Pflanzen an das Leben an Land beigetragen hat.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2237: MAdLand - Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Dr. Tom J. Fisher