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Projekt
Evolutionäre Dynamik der Funktionen und Biogenese von Peroxisomen zur Befähigung von Pflanzen zur Terrestrialisierung
Antragstellerin
Professorin Dr. Sigrun Reumann
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528117925
Die Besiedlung des Landes durch Pflanzen war ein evolutionäres Schlüsselereignis und hat den Planeten verändert. Streptophytenalgen und frühe Landpflanzen stießen in ihren terrestrischen Lebensräumen auf diverse abiotische Belastungen und entwickelten Anpassungsmechanismen. Trotz erheblicher Fortschritte beginnen wir erst langsam, die Zellbiologie von dieser Algen zu verstehen. Peroxisomen sind wichtige Zellorganellen nicht nur für die Fettsäure-β-Oxidation und Photorespiration, sondern auch für ROS-Entgiftung und Homöostase, Hormonbiosynthese und abiotische Stresstoleranz. Wir wollen Schlüsselinnovationen von Peroxisomen identifizieren, die für den Landgang von Pflanzen benötigt wurden. Dafür haben wir zunächst untersucht, (i) inwieweit Peroxisomenfunktionen von Landpflanzen in Streptophytenalgen konserviert sind und (ii) in welcher Reihenfolge sie sich entwickelt haben. Unter Verwendung des Matrixproteoms von Arabidopsis haben wir die Konservierung von Proteinen und ihrer Lokalisation auf Genomebene in Streptophyten und Chlorophyten untersucht. Demnach sind mehrere Funktionen in Chlorophyten konserviert. Fortgeschrittene Peroxisomenfunktionen entwickelten sich jedoch offenbar erst entweder nach der Divergenz der Mesostigmatophyceae (z.B. vollständig etablierte Photorespiration), der Klebsormidiophyceae (NADPH Produktion), oder der Charophyceae (z.B. Synthese von Benzaldehyd). Darüber hinaus deuten unsere Daten erstmalig darauf hin, dass der ungewöhnliche Mechanismus des "Huckepack-Imports" entscheidend gewesen sein könnte, um die gleichzeitige Umleitung benachbarter Stoffwechselenzyme in Peroxisomen zu ermöglichen. In diesem Projekt wollen wir unsere Analysen auf weitere Genome von Streptophytenalgen sowie Transkriptomdaten (WP1) ausweiten. Zur Vorhersage neuer Peroxisomenfunktionen in Streptophyten wollen wir für 10 ausgewählte Genome das gesamte Matrixproteom ihrer Peroxisomen im Vergleich zu Chlorophyten bestimmen. Zur experimentellen Verifizierung der Peroxisomenlokalisation für ausgewählte Streptophyten-Proteine (WP2) setzen wir den Fokus auf (i) vorhergesagte Peroxisomenproteine mit nicht-kanonischem PTS und (ii) Proteine jüngerer Stoffwechselwege und von Spezies, die sich in der Nähe des vorhergesagten Divergenzpunktes der subzellulären Kompartimentierung befinden. Die Gene werden aus Streptophyten kloniert und als Fluoreszenzkonstrukte exprimiert, zunächst in dem etablierten System von Arabidopsis und für ausgewählte Proteine auch in der Modellalge Spirogyra pratensis. Für umfassende subzelluläre Lokalisationsanalysen werden wir einen Set transienter Expressionsvektoren für Spirogyra und die MadLand2-Partner erstellen. In WP3 werden wir untersuchen, ob spezifische peroxisomale Matrixenzyme von Streptophyten tatsächlich ein benachbartes Stoffwechselenzym, dem eine PTS fehlt, in Peroxisomen importieren können, indem wir Protein-Protein-Interaktionen und Peroxisomenimport über den Huckepack-Mechanismus experimentell untersuchen werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
