Metabolische Adaptation von Pflanzen an Phosphatmangel - Funktionelle Analyse neuartiger, intrazellulärer Phosphatasen der HAD-Superfamilie

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Margret Köck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221532843

Die Verfügbarkeit von Phosphor (P) beeinflusst den pflanzlichen Metabolismus und dessen Leistungsfähigkeit tiefgreifend. Mit dem Ziel, die pflanzliche Phosphathomöostase bei inadäquater Phosphorversorgung zu erhalten, werden der interne Phosphatverbrauch und die Remobilisierung optimiert, die Phosphat-Translokation innerhalb der Pflanzen reorganisiert und die externe Akquisition von anorganischem Phosphat maximiert. In diesem Projekt gilt das Hauptinteresse der funktionellen Einordnung der intrazellulären Phosphatmobilisierung durch neuartige Phosphatasen aus der Haloacid Dehalogenase (HAD)-Superfamilie, welche ausschließlich und hochspezifisch durch Phosphatmangel reguliert werden. Die durch unsere eigenen Vorarbeiten ermittelten Eigenschaften von AtPECP1 und AtPPsPase1 als Phosphoethanolamin/Phosphocholin- und Pyrophosphat-spezifische Phosphatasen, lassen eine Funktion im Lipid- und im Kohlenhydratstoffwechsel erwarten. Es ist das Ziel des vorgeschlagenen Projektes herauszufinden, wie die Genprodukte zur Anpassung an niedrige P-Verfügbarkeit beitragen. Unter Einsatz von Arabidopsis thaliana Pflanzen mit ektopischer Expression der Genprodukte sowie mit Methoden der reversen Genetik sollen gezielt physiologische, morphologische und biochemische Analysen bei unterschiedlicher Phosphatversorgung vorgenommen werden. Unter Anwendung von Massenspektrometrie-gestützten Methoden werden Veränderungen im Muster von Lipidabbauprodukten und primären Stoffwechsel-Intermediaten wie phosphorylierte Metabolite und UDP-Zucker quantitativ analysiert. Alle benutzten modifizierten Proteine werden in Komplementationsversuchen auf Funktionalität getestet. In welcher Weise sich erhöhte Expression bzw. Ausfall der Genfunktion der AtPPsPase1 auf die regulatorischen und metabolischen Schlüsselfaktoren der Pi-Mangel-Antwort auswirken, soll mit einem Microarray-Ansatz analysiert werden. Quantitative RT-PCR wird genutzt, um den Einfluss von Regulatoren der Pi-Mangel-Antwort auf die Expression der Phosphatasen zu ermitteln. Analysen zur Zell- und Gewebespezifität von AtPPsPase1 und AtPECP1 mit Promotor-kontrollierten Reportern dienen als Grundlage zur Analyse räumlicher Muster von Pi-freisetzenden Reaktionen im Kontext der Ganzpflanze und ihren ‚source’/‚sink’- Beziehungen bei Pi-Mangel. Es wird insgesamt das Ziel verfolgt, für diesen Bereich der Pi-Mangel-Antwort grundsätzlich neue Einsichten in die metabolische Kontrolle der Phosphathomöostase auf zellulärer und Organismenebene zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Dirk Dobritzsch; Dr. Mohammad-Reza Hajirezaei; Professor Dr. Ingo Heilmann