Functional analysis of putative egg cell-specific genes to study egg cell identity and polarity in Arabidopsis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hatte das Ziel im Rahmen von zwei Promotionsarbeiten zwei in der Eizelle identifizierte Genfamilien in ihrer Funktion zu charakterisieren. Im Rahmen der Förderphase konnten wir zeigen das EC1 Proteine von der Arabidopsis Eizelle sekretiert werden und das die sekretierten Proteine eine essentielle Rolle in der Gametenfusion spielen in dem sie die Spermazellen schnell kompetent für eine Fusion machen. Die unerwarteten Schwierigkeiten bei der rekombinanten EC1 Expression hat uns veranlasst zunächst mit synthetischen Peptiden gegen hochkonservierte Bereiche der EC1 Proteine zu arbeiten. Inzwischen ist es uns aber gelungen rekombinante EC1 Proteine in Hefe in ausreichenden Mengen zu exprimieren. Diese Proteine sollen zukünftig für Spermazell-Aktivierungstests, für die Antikörperproduktion und für die Identifizierung von EC1-interagierenden Proteinen auf der Spermazelloberfläche verwendet werden. Für die ARO Proteinfamilie konnten wir funktionale Redundanz nachweisen, wir konnten zeigen das ARO2 und ARO3 am polaren Spitzenwachstum in Wurzelhaaren beteiligt sind und das das gametophytische ARO1 und die sporophytischen AROs funktional austauschbar sind. Damit konnten wir auch nachweisen, dass polares Spitzenwachstum im Pollenschlauch und im Wurzelhaar dem gleichen fundamentalen molekularen Konzept folgt. Einer der identifizierten ARO Interaktoren lässt darauf schließen, dass ARO Proteine an der räumlichzeitlichen Regulation von Rho-GTPase-Aktivitäten in der Wachstumszone beteiligt ist und so die Organisation des Aktin-Zytoskeletts und die polare Sekretion beeinflussen können. Zusammenfassend gesehen lief das Projekt sehr erfolgreich, wenn auch in Teilen anders als im Projektantrag vorgesehen. Besonders erfolgreich verlief die Forschung an der EC1 Proteinfamilie, die in der renommierten Zeitschrift Science veröffentlicht werden konnte. Diese Publikation hat ein recht hohes Medieninteresse gefunden (u.a. BIOspektrum 06-13, Laborjournal Online 07. Dez. 2012, AAAS Eurekalert!, F1000 Article Recommendation, usw.). Im Verlauf der Funktionsanalyse der beiden Genfamilien haben sich zwei thematische völlig unterschiedliche Forschungsschwerpunkte entwickelt. Die EC1 Proteinfamilie ist essentiell beteiligt an der Gameten-Interaktion und spielt keine Rolle bei der Eizell-Identität. Für die ARO Proteinfamilie konnte bisher keine Rolle in der Etablierung von Eizell-Polarität nachgewiesen werden, diese Proteine sind jedoch essentiell für das polare Spitzenwachstum in Pollenschläuchen und Wurzelhaaren. Die immer deutlicher werdende thematische Auseinanderentwicklung hat mich daher veranlasst, getrennte Forschungsförderung für die beiden Themen zu beantragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2010) Let´s get physical: gamete interaction in flowering plants. Biochem. Soc. Trans. 38: 635-640
Sprunck, S.
- (2011) Nuclear behavior, cell polarity and cell specification in the female gametophyte. Sex. Plant Reprod. 24: 123-136
Sprunck, S., Groß-Hardt, R.
- (2012) Egg cell-secreted EC1 triggers sperm cell activation during double fertilization. Science 338: 1093-1097
Sprunck, S., Rademacher, S., Vogler, F., Gheyselinck, J., Grossniklaus, U., Dresselhaus, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1126/science.1223944) - (2012) Plant fertilization: maximizing reproductive success. Curr. Biol. 22: R487- R489
Dresselhaus, T., Sprunck, S.
- (2013) Downregulation of egg cell-secreted EC1 is accompanied with delayed gamete fusion and polytubey. Plant Signal. Behav. 8: e27377
Rademacher, S., and Sprunck, S.
- (2014) Same, same but different: sperm-activating EC1 and ECA1 gametogenesis-related family proteins. Biochem. Soc. Trans. 42: 401-407
Sprunck, S., Hackenberg, T., Englhart, M., Vogler F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1042/BST20140039) - (2014). Brassinosteroids promote Arabidopsis pollen germination and growth. Plant Reprod. 27: 153-167
Vogler, F., Schmalzl, C., Englhart, M., Bircheneder, M., and Sprunck, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00497-014-0247-x) - (2014). Male-female communication triggers calcium signatures during fertilization in Arabidopsis. Nature Comm. 5: 4645
Denninger, P., Bleckmann, A., Lausser, A., Vogler, F. Ott, T. Ehrhardt, D.W., Frommer, W.B., Sprunck, S., Dresselhaus, T., and Grossmann, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms5645) - (2015) Knockin' on pollen's door: live cell imaging of early polarization events in germinating Arabidopsis pollen. Frontiers in Plant Science 6: 246
Vogler, F., Konrad, S.A., Sprunck, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00246) - (2015) Three cell fusions during double fertilization. Cell 161: 708-709
Sprunck, S., Dresselhaus, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.04.032)
