Genetische und molekulare Analyse euchromatinischer Determinanten der Stilllegung von Transposons in Arabidopsis thaliana

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Isabel Bäurle; Dr. Christian Kappel
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326657501

Eukaryotische Genome bestehen zu einem großen Teil aus Transposons (TE) und repetitiven Elementen. Durch Mobilisierung und Transposition haben solche Sequenzen ein hohes mutagenes Potential. Dies ist einerseits eine Gefahr für die genomische Integrität, auf der anderen Seite aber auch eine wichtige Quelle genetischer Variation, die von natürlicher Selektion genutzt werden kann. Alle Organismen haben daher Mechanismen entwickelt, die die Expression und Aktivität von TE begrenzen (TE Silencing). In den letzten Jahren wurden große Fortschritte gemacht, den Mechanismus des TE Silencing aufzuklären. Allerdings bleiben viele Aspekte der Wechselwirkung von TE und des Chromatins an der Insertionsstelle ungeklärt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass TE dem Silencing entgehen können, wenn sie in das 3(strich) Ende eines proteinkodierenden Gens inseriert sind und dass es erhebliche Unterschiede im Grad des Silencing einer bestimmten TE Insertion zwischen verschiedenen natürlich vorkommenden Akzessionen von A. thaliana gibt. In diesem Projekt werden wir uns auf zwei Schlüsselfragen konzentrieren: 1) Wie verbreitet ist die Korrelation zwischen Insertion am 3 (strich) Ende eines proteinkodierenden Gens und Verlust von Silencing auf globaler Ebene? 2) Was ist die mechanistische Grundlage dieses Verlusts von Silencing? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir bioinformatisch auf populationsweiter Ebene analysieren, wie weit verbreitet die Korrelation zwischen der Insertion eines TE in das 3(strich) Ende eines Gens und dem Verlust des Silencing ist. Um molekulare Determinanten dieses Phänomens zu charakterisieren, werden wir die Hypothesen überprüfen, dass die Dichte und Position der Nukleosomen, Faktoren, die die Prozessierung des 3(strich) Endes von Genen steuern, oder spezielle Anti-Silencing Faktoren eine Rolle spielen. Ein solcher Anti-Silencing-Faktor wurde kürzlich von den Antragstellern identifiziert. Weiterhin werden wir neue Insertionsereignisse eines Mutator-verwandten (MULE) TE generieren und charakterisieren. Zusammengenommen werden diese Arbeiten einen Einblick in die grundlegende Frage liefern, wie TE Silencing in euchromatischer Umgebung etabliert und aufrechterhalten wird und welchen Einfluss die genomische Region des Wirtsorganismus an der Insertionsstelle auf das TE Silencing hat. Dieses Projekt wird außerdem unser Wissen um die Regulation der Genexpression, speziell Termination und 3(strich) Prozessierung der Transkription, erweitern. Solche Erkenntnisse sind für das generelle Verständnis der Genomorganisation und -regulation verschiedenster Organismen von höchster Relevanz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen