Phytohormon Signalwege in der Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza

• Antragstellerin: Professorin Dr. Caroline Gutjahr
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259604726

Die arbuskuläre Mycorrhiza (AM) ist eine weitverbreitete Symbiose zwischen Pflanzen und Pilzen der Glomeromycota, die auf dem Austausch von Nährstoffen beruht: Die Pflanze profitiert von erhöhter Mineralstoffaufnahme, während der biotrophe Pilz photosynthetisch fixierte Kohlenhydrate erhält. Koloniseriung der Wurzel durch den Pilz beinhaltet gegenseitige Erkennung über diffundierende Signalmoleküle, gefolgt vom Andocken der Hyphe auf der Wurzeloberfläche, Penetration der äußeren Zelllagen und Ausbildung verzweigter Arbuskel in Wurzelkortexzellen. Intrazelluläre Kolonisierung wird durch einen evolutionär alten Signaltransduktionsweg, den common SYM pathway gesteuert. Auch das Ausmaß der Kolonisierung wird durch die Pflanze kontrolliert und dynamisch an Umweltbedingungen und ihren daraus resultierenden physiologischen Zustand angepasst. Jüngste Veröffentlichungen zeigten, dass Phytohormone, welche bekanntermaßen die Pflanzenentwicklung regulieren, auch eine wichtige Rolle während der AM Entwicklung spielen. Allerdings ist das vorhandene Wissen noch rudimentär und mechanistische Ansätze sind nötig, um die molekulare Basis der offensichtlichen Querverbindungen zwischen AM und Pflanzenentwicklung zu entschlüsseln. Dieser Antrag basiert auf meiner Entdeckung, dass zwei Komponenten des Karrikin Rezeptor Komplexes, die alpha beta fold Hydrolase D14L und das F box Protein MAX2, für die AM-Kolonisierung nötig sind. Karrikine sind Butenolide, die aus Rauch isoliert und ursprünglich als Stimulantien von Brandkeimern beschrieben wurden. Allerdings zeigen sie auch bei Pflanzen Hormonaktivität, die unabhängig von Feuer keimen. Die weite phylogenetische Verbreitung von D14L und Karrikin-Responsivität legt nahe, dass Pflanzen eine Karrikin-ähnliche Substanz produzieren. Die unerwartete Wichtigkeit des Karrikin-Rezeptorkomplexes in der alltäglichen Interaktion von Pflanzen mit symbiontischen Pilzen zeigt, dass er eine wichtigere Rolle im Leben von Pflanzen spielt, als zuvor angenommen. Dieser Antrag hat zum Ziel: 1. die molekulare Funktion des D14L MAX2-Moduls in der AM Entwicklung zu bestimmen; 2. Determinanten der D14L Signalspezifität aufzuklären; 3. für die AM-Entwicklung nötige Zielproteine und Prozesse stromabwärts des D14L MAX2 Signalwegs zu identifizieren sowie 4. Interaktionen des D14L MAX2 Moduls mit anderen Hormonsignalwegen aufzudecken. Diese Ziele sollen durch Kombination reverser Genetik mit physiologischen und AM Assays, Transkriptom und Protein Interaktionsstudien und fluoreszenzmikroskopie basierter, raumzeitlicher Lokalisierung von D14L MAX2 Signalkomponenten und deren Zielfaktoren während der AM Entwicklung erreicht werden. Wir werden die, für Wurzelsymbiosen gut etablierte, Modellpflanze Lotus japonicus, verwenden. Ich erwarte, dass diese Arbeit nicht nur zum Verständnis der Funktion von Hormonsignalwegen in der AM sondern auch der allgemeinen Pflanzenentwicklung beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Upright fluorescence microscope
• Gerätegruppe: 5000 Labormikroskope