Epigenetische Reprogrammierung und nicht-zellautonome Kommunikation als Mechanismen der Samenbildung

• Antragsteller: Dr. Duarte Figueiredo, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421178202

Die Fähigkeit zur Samenbildung ist ein Hauptfaktor, der zur ökologischen Dominanz der Blütenpflanzen beitrug. Die Samenentwicklung beginnt mit der Befruchtung der mütterlichen Gameten innerhalb der Ovule, der Eizelle und der Zentralzelle, durch zwei väterliche Spermien. Dies führt zur Bildung des Embryos, der eine neue Pflanze hervorbringen wird, und des Endosperms, eines Nährgewebes analog zur Plazenta bei Säugetieren. Diese beiden Produkte der Befruchtung werden von mütterlichem Gewebe umschlossen, der Samenschale, die von den Integumenten der Ovule abgeleitet ist. Während der Samenbildung müssen diese drei genetisch verschiedenen Strukturen – Embryo, Endosperm und Samenschale – ihre Entwicklung koordinieren, um die erfolgreiche Weitergabe der elterlichen Genome in die nächste Generation sicherzustellen. Samen, und insbesondere das Endosperm, stellen den Hauptbestandteil unserer Nahrung dar. Dennoch wissen wir erstaunlich wenig über die molekularen und genetischen Mechanismen, die der Samenbildung zugrunde liegen. Das Ziel dieses Projektes ist es, die Mechanismen aufzudecken, die zur Bildung des Endosperms und der Samenschale beitragen. Die Entwicklung dieser beiden Strukturen beginnt erst nach der Befruchtung. Das liegt daran, dass epigenetische Mechanismen die mütterliche Ovule daran hindern, ohne Befruchtung einen Samen zu bilden. Dies bedeutet auch, dass die väterlichen Spermien Signale tragen, die für den Beginn der Samenentwicklung verantwortlich sind. In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass das Pflanzenhormon Auxin nach der Befruchtung abhängig vom väterlichen Genom produziert wird und die Bildung des Endosperms und der Samenschale in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana anstößt. Jedoch sind die Mechanismen, durch die Auxin die epigenetische Repression der Samenbildung aufhebt, nicht aufgeklärt. Zudem gilt, dass Auxin zwar die Samenentwicklung anstoßen, aber nicht aufrechterhalten kann, und zusätzliche Faktoren scheinen dafür notwendig zu sein. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese beiden Fragen zu beantworten. Dazu wird es erstens nach epigenetischen Faktoren suchen, die im Zusammenspiel mit Auxin die epigenetische Repression in der zukünftigen Samenschale aufheben; und zweitens die Rolle von Brassinosteroiden, einer weiteren Klasse der Pflanzenhormone, als mögliche Signale in der Kommunikation von Endosperm und Samenschale untersuchen. Schließlich werden wir mittels eines genetischen Screens nach zusätzlichen Mechanismen suchen, die zur Samenbildung beitragen. Dieses Projekt zielt somit auf ein besseres Verständnis der molekularen und genetischen Mechanismen ab, die für die Samenbildung nötig sind. Als Folge dessen ist davon auszugehen, dass diese Arbeiten für ein breites Publikum, einschließlich pflanzlicher Entwicklungsbiologen, Genetiker und Pflanzenzüchter, von Interesse sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Dr. Wassim Chehab