SPP 2237:  MAdLand - Molekulare Adaptation an das Land: Evolutionäre Anpassung der Pflanzen an Veränderung

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin ; Chemie ; Geowissenschaften ; Medizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422691801

Der Landgang der Pflanzen fand vor über 500 Millionen Jahren statt. Diese Veränderung des Lebensraums war eine riesige Herausforderung und erforderte diverse molekulare Adaptationen an diverse Umweltfaktoren. Der Landgang der Pflanzen veränderte die Erdatmosphäre, die Bodenbeschaffenheit und legte den Grundstein für das heutige Leben. Die Phragmoplastophyta umfassen drei Linien der Streptophytenalgen und die Landpflanzen (Embryophyta). Die frühesten Landpflanzen gingen aus den streptophytischen Algen hervor. Schrittweise entstanden Merkmale wie Stomata, die Cuticula und die Etablierung von Pilzsymbiosen für effektiven Nährstoffzugang. Diese Merkmale waren vermutlich maßgeblich für den Erfolg der Pflanzen. Anfänglich morphologisch einfache Pflanzen evolvierten eine Komplexität, welche die Eroberung weiterer Lebensräume ermöglichte. In MadLand untersuchen wir genetische Mechanismen mittels vergleichender und funktionaler evolutionärer Ansätze. Hierfür werden wir streptophytische Algen und Nichtsamenpflanzen nutzen um pflanzliche Komplexität und die profunden Adaptationen an das Leben an Land zu verstehen. In der ersten Förderperiode von MAdLand entschlüsselten wir wichtige Mechanismen in der adaptiven Evolution von Pflanzenmorphologie, Physiologie, Biochemie, Zellbiologie und biotischen Interaktionen; Vorläuferprozesse wurden identifiziert, die die Grundsteine für eine pflanzliche Diversifizierung legten. In der zweiten Periode werden wir die funktionelle Diversifizierung dieser Vorläuferprozesse im Rahmen der Streptophyten-Evolution mittels der neu etablierten Ressourcen sezieren. Ziel ist es, die funktionellen Eigenschaften des letzten gemeinsamen Vorfahren der Landpflanzen, sowie dieser mit ihren Algenverwandten zu ergründen. In MAdLand werden wir uns mit zentralen Fragen der Pflanzenevolution befassen: Welche wichtigen Eigenschaften evolvierten in Streptophytenalgen? Welche Eigenschaften hatte der gemeinsame Vorfahre von (i) allen Landpflanzen und (ii) Landpflanzen und Algen? Wie ist die Abfolge und Art der molekularen Anpassungen in der frühen Landpflanzenevolution? Wie evolvierte Embryogenese und Generationswechsel? Wie evolvierten Interaktionen von Pflanzen mit Pilzen und Bakterien? Was sind die molekularen evolutionären Treiber abiotischer und biotischer Stresstoleranz? Mittels diverser Methoden und interdisziplinärem Wissen—von phylogenetischen, molekularen, physiologischen, genetischen und zellbiologischen Ansätzen bis zur Studie organismischer Interkationen und Biodiversität—werden wir die folgenden Vertreter der wichtigsten Nichtsamenpflanzenlinien untersuchen: (a) die aufstrebenden Modellsysteme Chara braunii (Charopyhceae), Spirogyra pratensis, Mesotaenium endlicherianum und Zygnema circumcarinatum (Zygnematophyceae), Anthoceros agrestis (Hornmoos) Riccia fluitans (Lebermoos), Ceratopteris richardii und Azolla filiculoides (Farne) und die (b) etablierten Modellsysteme Marchantia polymorpha (Lebermoos) und Physcomitrium patens (Moos).

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Australien, Großbritannien, Schweiz

Projekte

• AlgaTerrest: Wie die Evolution der Zellteilung und der Verzweigung den Übergang von Algen zu Landpflanzen ermöglichte. (Antragsteller Buschmann, Henrik )
• Analyse der evolutionären Chemodiversität, des Metabolismus, und der Funktion von Sphingolipiden in den Zygnematophyceaen Spirogyra pratensis und Mougeotia scalaris und den Bryophyten Marchantia polymorpha und Physcomitrella patens (Antragsteller Feußner, Ivo )
• Anpassung der Mechanismen des chloroplastidären Proteintransports während der Evolution der Landpflanzen (Antragstellerin Schünemann, Danja )
• Broytherm - Thermomorphogenese als Mechanismus zur Anpassung an erhöhte Temperaturen in der Evolution früher Landpflanzen (Antragsteller Quint, Marcel )
• Carotology: Sind Apocarotinoide konservierte Modulatoren der Streptophytenphysiologie? (Antragsteller de Vries, Jan )
• Co-Evolution und molekulare Adaptation des funktionalen MLO-EXO70-Moduls im Verlauf der Terrestrialisierung (Antragsteller Panstruga, Ralph )
• Das amphibische Lebermoos Riccia fluitans: Ein neuer Modelorganismus zur Analyse adaptiver Landpflanzenmerkmale (Antragstellerin Zachgo, Sabine )
• Die Evolution des Salicylsäuresignalwegs (Antragsteller Feußner, Ivo ;  Melkonian, Michael ;  Nakagami, Ph.D., Hirofumi )
• Die Evolution von Plasmodesmen (Antragstellerin Ehlers, Katrin )
• Die Rolle von Trehalose-6-Phosphat in Moosen (Bryophyten) und während der Evolution der Landpflanzen (Antragstellerin Fichtner, Franziska )
• DiversiPHY and conquer — Diversifizierung von Phytochromen im Rahmen des Landgangs der Pflanzen (Antragsteller Hiltbrunner, Andreas )
• Erscheinung und Funktion von CuZnSOD-Proteinen während der Evolution früher Landpflanzen (Antragsteller Schippers, Jozefus Hendrikus Maria )
• Evolution AGC1 Kinase-abhängiger Polaritätsmodule in der Entwicklung früher Landpflanzen (Antragsteller Schwechheimer, Claus )
• Evolution der Kalzium- und elektrischen Kommunikation im Zuge der Landeroberung der Pflanze (Antragsteller Becker, Dirk ;  Hedrich, Rainer )
• Evolution der Oleosom-gebundenen Proteine und ihre Rolle bei der Trockenresistenz (Antragsteller Ischebeck, Till )
• Evolution der pflanzlichen Zellwand: Aufklärung notwendiger Veränderungen für das Leben an Land durch Untersuchungen an streptophytischen Algen und Moosen (Antragstellerin Classen, Birgit )
• Evolution der plastidären FAX ("fatty acid export") Proteine und der Landgang der Pflanzen - molekulare und metabolische Anpassung (Antragstellerin Philippar, Katrin )
• Evolution neuer RHO OF PLANTs Signalwegsaktivatoren während der Anpassung aus dem Wasser ans Land. (Antragsteller Denninger, Philipp )
• Evolution regulatorischer Netzwerke in der Steuerung entwicklungsbiologischer Adaptationen und von Akklimatisierungsmechanismen in Charophyceen als Bestandteil der Anpassung an das Leben an Land (Antragsteller Hess, Wolfgang R. )
• Evolutionär konservierte Wechselbeziehungen zwischen der Phosphatmangelantwort und der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose in Pflanzen (EvoSymPho) (Antragsteller Becker, Burkhard ;  Bucher, Marcel )
• Evolutionäre Adaptionen der plastidären Transkriptionsmaschinerie als ein Schlüsselelement in der pflanzlichen Terrestrialisierung (Antragsteller Pfannschmidt, Thomas )
• Evolutionäre Anpassungen des Mikrotubuli-Zytoskeletts während der Zellteilung in Landpflanzen (Antragstellerin Bürstenbinder, Katharina )
• Evolutionäre Dynamik der Funktionen und Biogenese von Peroxisomen zur Befähigung von Pflanzen zur Terrestrialisierung (Antragstellerin Reumann, Sigrun )
• Evolutionärer Einfluss kleiner RNAs in der Regulation der Genexpression in Bryophyten bei der molekularen Adaptation an das Leben an Land (Antragsteller Frank, Wolfgang )
• Experimentelle Fossilisierung der Lipide früher Pflanzen — Rekonstruktion der beginnenden Terrestrialisierung über einen vergleichenden Ansatz mittels moderner Bryophyten und Sedimenten aus dem Kambrium bis Silur (Antragsteller Hallmann, Ph.D., Christian )
• Funktion und evolutionäre Anpassung von CBL/CIPK Ca2+-Sensor/Kinase Komplexen als Anpassung an die terrestrische Umgebung. (Antragsteller Kudla, Jörg )
• Genetische Grundlagen der Kohlenstoffanreicherung von Hornmoosen (Antragstellerinnen / Antragsteller Szovenyi, Peter ;  Wicke, Susann )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Rensing, Stefan A. )
• Koordinationsfonds (Antragsteller de Vries, Jan )
• LandWand: Untersuchung des Umbaus und der Rekrutierung von internen und externen Hemicellulosen in den Zellwänden der Zygnematophyceae (Zygnema, Mesotaenium) und des Lebermooses Marchantia (Antragsteller Herburger, Ph.D., Klaus )
• “MADS life on MAdLand II”: Veränderungen in der DNA-Bindespezifität von MADS-Domänen-Transkriptionsfaktoren beim Landgang der Pflanzen (Antragsteller Theißen, Günter )
• Molekulare Anpassungen an neue Lichtverhältnisse während des Landgangs anhand des Mooses Physcomitrium patens und der charophytischen Alge Mesotaenium endlicherianum (Antragstellerin Höcker, Ute )
• Rolle der männlichen Keimlinie für den Generationswechsel (Antragsteller Gould, Sven B. )
• Schlußfolgerungen zur Natur des letzten gemeinsamen Ahnen der Pflanzen (Antragsteller Rensing, Stefan A. )
• Stoffwechsel phenolischer Naturstoffe an der Schwelle zum Landleben (Antragstellerin Petersen, Maike )
• Struktureller und evolutionärer Vergleich des Chloroplasten-Translocon während der Terrestrialisierung von Streptophyten-Algen (Antragsteller Schuller, Jan Michael )
• TERRAPHOS - Evolution pflanzlicher Anpassung an terrestrische Phosphatverfügbarkeit (Antragstellerinnen / Antragsteller Abel, Steffen ;  Naumann, Christin )
• Verständnis der angestammten Funktion von Homöobox-Genen vom Typ RCO/LMI1 in früh-divergierenden Landpflanzen (Antragsteller Tsiantis, Miltos )
• Vom monoplastidären Vorfahren zur vielfältigen Polyplastidie in heutigen Landpflanzen (Antragsteller Gould, Sven B. )
• Wechselwirkung zwischen Osmo-/Ionenregulation und CO2-Aufnahmemechanismen bei Characeen: Voraussetzung für oder Hindernis bei der Anpassung an terrestrische Bedingungen? (Antragsteller Hagemann, Martin ;  Schubert, Hendrik )

• Sprecher: Professor Dr. Jan de Vries