Charakterisierung der Antwort auf circadianen Stress in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schmülling
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387960535

Im Projekt soll eine kürzlich erstmals beschriebene neue Art von abiotischem Stress in Pflanzen, genannt circadianer Stress, untersucht werden. Circadianer Stress wird durch Änderungen des Licht-Dunkel-Rhythmus induziert und wurde erstmals in cytokinindefizienten Arabidopsis thaliana Pflanzen beobachtet, die besonders starke Stresssymptome zeigen. Das Hormon Cytokinin ist also notwendig, um Pflanzen vor diesem Stresstyp zu schützen. Die Symptome bei circadianem Stress sind unter anderem eine Aktivierung der Expression vieler Stressantwortgene, eine reduzierte photosynthetische Aktivität, ein starker Anstieg des Gehalts an Jasmonsäure und die Induktion von programmiertem Zelltod. Diese Stresssymptome sind in einem genetischen Hintergrund mit verminderter Synthese von Jasmonsäure stark reduziert, was eine wichtige Rolle dieses Hormons für die Induktion der Stresssymptome belegt. Mutanten der circadianen Uhr, und vor allem solche mit einer reduzierten Aktivität der Morgengene CCA1 und LHY, reagieren ebenfalls sehr empfindlich auf circadianen Stress. Dies zeigte, dass das eine gut funktionierende circadiane Uhr notwendig zur Stressabwehr ist und führte zu der Hypothese, dass circadianer Stress eine nicht voll funktionsfähige circadiane Uhr an ihr Limit führt. Eine genauere Untersuchung des Circadianen Stress-Syndroms wird daher informativ sein über das Funktionieren der circadianen Uhr in Pflanzen, über die Rolle von Cytokinin bei der Stabilisierung der circadianen Uhr und die Mechanismen, die normalerweise die Generierung von Stresssignalen durch die circadiane Uhr unterdrücken oder dämpfen.Das Projekt ist in drei Abschnitte unterteilt. Im ersten Teil sollen eine Reihe grundsätzlicher Fragen beantwortet werden. Welche Gewebe außer Blättern reagieren auf circadianen Stress? Wann werden Pflanzen empfänglich für circadianen Stress? Welche Änderungen zeigt das Metabolom nach circadianem Stress? Welche weiteren pflanzlichen Hormone spielen eine Rolle bei der Antwort auf circadianen Stress? Welche Verbindungen bestehen zwischen Cytokinin und der circadianen Uhr? In einem zweiten Abschnitt werden wir die Bedeutung von Jasmonsäure und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) für die Folgen von circadianem Stress untersuchen. Das Ziel des dritten Abschnitts ist es, einen tieferen Einblick in die molekularen Mechanismen zu erhalten, die an der Entstehung und der Antwort auf circadianen Stress beteiligt sind. Ein Ansatz zur Identifizierung von möglicherweise funktionell wichtigen Genen ist die Untersuchung der Antwort des Transkriptoms auf circadianen Stress. Es werden zudem genetische Screens vorgeschlagen, um Mutanten mit einer veränderten Stressantwort zu identifizieren und die verantwortlichen Gene zu identifizieren. Zusammengenommen soll eine grundlegende Analyse der molekularen und genetischen Mechanismen, die zum circadianen Stressphänotyp beitragen, durchgeführt werden und so zu einem besseren Verständnis des Circadianen Stress-Syndroms beigetragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen