Sequenzanpassung der Symbiose Rezeptor-artigen Kinase (SymRK) ermöglicht die Entwicklung der stickstofffixierenden Wurzelknöllchensymbiose

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Parniske
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469056651

Molekulare Veränderungen, die die Entstehung neuer Eigenschaften bewirken, sind der Motor biologischer Diversifizierung. Die Identifizierung solcher Veränderungen liefert wesentliche Orientierungspunkte nicht nur zum molekularen Verständnis biologischer Eigenschaften sondern auch für deren synthetische Installation oder Optimierung. Die meisten Landpflanzen gehen Symbiosen mit nährstoffliefernden arbuskulären Mykorrhizapilzen ein. Diese Symbiose hat bereits in den ersten - 450 Millionen Jahre alten - fossil nachgewiesenen Landpflanzen ihre Spuren hinterlassen. Die viel jüngere Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien, die in Wurzelknöllchen aufgenommen werden, ist phylogenetisch auf vier Ordnungen beschränkt, die Fabales, Fagales, Cucurbitales und Rosales. Die für die Ausbildung der AM notwendige genetische Ausstattung ist zwischen Landpflanzen weitgehend konserviert. Teile davon wurden im Zuge der Evolution zusätzlich für die Wurzelknöllchensymbiose genutzt. Dazu gehören Signaltransduktionskomponenten wie die Symbiose Rezeptor-artige Kinase SymRK. Wir konnten erarbeiten, dass SymRK im Laufe der Evolution zusätzliche molekulare Eigenschaften erworben hat. Diese sind für die Ausbildung der Wurzelknöllchensymbiose essentiell, während die Unterstützung der AM Entwicklung durch SymRK erhalten blieb. In diesem Projekt wollen wir SymRK Orthologe vergleichen, um Sequenzänderungen zu identifizieren, die für die Aufnahme von Bakterien in Pflanzenzellen essentiell sind. Die mechanistischen Konsequenzen dieser Sequenzänderungen sollen anschliessend auf der molekularen und zellulären Ebene charakterisiert werden. Ein spezifischer Fokus liegt auf dem SymRK Interaktom. Durch die Identifizierung von Protein-Protein Interaktionen, die durch Sequenzänderungen in SymRK qualitativ oder quantitativ moduliert werden, sollen spezifische molekulare Prozesse aufgedeckt werden, die für den Aufnahmeprozess von stickstofffixierenden Bakterien durch Pflanzenzellen essentiell sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen