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Projekt
Evolution der plastidären FAX ("fatty acid export") Proteine und der Landgang der Pflanzen - molekulare und metabolische Anpassung
Antragstellerin
Professorin Dr. Katrin Philippar
Fachliche Zuordnung
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Pflanzenphysiologie
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528100298
Die Landbesiedelung durch Nachfahren der Süßwasseralgen stellt einen Wendepunkt in der Erdgeschichte dar. Während der Eroberung des Lands durch Pflanzen wurden diese allerdings verschiedenen Stressbedingungen wie Trockenheit, Starklicht, UV-Strahlung, Nährstoffmangel, mechanischen Beschädigungen oder Infektionen durch Pathogene ausgesetzt. Als Konsequenz erfolgte während der Evolution von Vorfahren der frühen Streptophyten-Algen bis zu den heutigen Samenpflanzen eine fortlaufende Anpassung von Stoffwechsel und Morphologie. Unter den vielfältigen Umstellungen des Metabolismus von Landpflanzen an die terrestrische Umgebung, nehmen Änderungen in der Synthese, Verteilung und Homöostase von Lipiden eine wichtige Rolle ein, um mit einem stressreichen Leben zurecht zu kommen. Die Fettsäuretransportfunktion der FAX (“fatty acid export”) Proteine in der inneren Hüllmembran von Chloroplasten ist in den Modellorganismen Arabidopsis thaliana (Samenpflanze) und Chlamydomonas reinhardtii (einzellige Grünalge) kritisch für die Lipid Homöstase unter normalen und Stressbedingungen wie z.B. der Akklimatisierung an Kälte. In Organismen, die evolutionär relevant für die ersten Schritte in der Landbesiedelung durch Pflanzen sind, ist allerdings nichts über die Funktion der FAX-Proteine bekannt. Um diese Lücke zu schließen und die Evolution der FAX-Proteine im Laufe der Umstellung des Stoffwechsels an das Landleben aufzuklären, planen wir die molekulare Anpassung der plastidären FAX-Proteine in den Bryophyten Physcomitrium patens und Marchantia polymorpha zu untersuchen. Mit der Entstehung des prominenten, Apolipoprotein-ähnlichen α-helikalen Bündels am N-terminus eines plastidären FAX Proteins, konnten wir bereits ein zentrales molekulares Ereignis identifizieren, das in der Evolution der monophyletischen Phragmoplastophyten konserviert ist. Interessanterweise, überbrückt diese FAX apo-Domäne nach Vorhersagen die innere und äußere Hüllmembran der Chloroplasten und ermöglicht so wahrscheinlich den Transport von Fettsäuren und Lipiden. Weiterhin vermittelt diese Domäne möglicherweise den Kontakt von Chloroplasten und Mitochondrien für einen Austausch von Lipiden unter Phosphat-Mangel. Im Rahmen des Forschungsprojekts möchten wir daher die exakte Membrantopologie, die Bildung von hetero-oligomeren Komplexen sowie die in planta Funktion der apoFAX und FAX Proteine in Physcomitrium patens und Marchantia polymorpha aufklären. Im Fokus steht die Rolle in der Anpassung des Lipidstoffwechsels unter Kältestress und Phosphat- sowie Kalium-Mineralstoffmangel.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
