Funktion von AP2/ERF-Transkriptionsfaktoren bei Phytochrom-abhängigen Lichtantworten

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hiltbrunner
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499988350

Um ihr Wachstum und ihre Entwicklung an die Umwelt anzupassen, perzipieren Pflanzen mit Hilfe spezieller Photorezeptoren die Lichtverhältnisse in ihrer Umgebung. Phytochrome sind Photorezeptoren, die für den Rot- und Dunkelrotbereich des Lichtspektrums empfindlich sind. Nach der Aktivierung durch Licht akkumulieren Phytochrome im Zellkern und regulieren die Expression von Hunderten von Genen, die die Samenkeimung, die Keimlingsentwicklung, die Blühinduktion und viele andere Aspekte von Wachstum und Entwicklung kontrollieren. Samenkeimung und Samenruhe sind wichtige ökologische und agronomische Merkmale, die durch Licht und die Phythormone Abscisinsäure (ABA) und Gibberellin (GA) gesteuert werden. ERF55 und ERF58, zwei eng verwandte AP2/ERF-Transkriptionsfaktoren, die wir als Phytochrom-interagierende Proteine identifiziert haben, werden in Samen exprimiert, und wir haben festgestellt, dass die lichtabhängige Samenkeimung in der erf55 erf58 Mutante verstärkt ist. Lichtaktivierte Phytochrome binden ERF55/ERF58 und verdrängen sie von Promotoren von Genen, die die Keimung hemmen, wie zum Beispiel PIF1, SOM, ABI5 und Gene, die für ABA anabole oder GA katabole Enzyme codieren. Auf der Grundlage präliminärer Daten vermuten wir, dass ERF55 und ERF58 auch einen Einfluss auf die Tiefe der Samenruhe haben, die unter anderem von der Lichtumgebung während der Samenentwicklung bestimmt wird. Im ersten Arbeitspaket des vorgeschlagenen Projekts wollen wir diese Hypothese testen und mit Hilfe von DAP-seq Zielgene von ERF55 und ERF58 identifizieren, die die Samenruhe kontrollieren. ERF55 und ERF58 gehören zur Untergruppe A6 der AP2/ERF-Transkriptionsfaktor-Familie. Alle Mitglieder dieser Untergruppe interagieren mit Phytochromen, aber mit Ausnahme von ERF55 und ERF58 werden sie in Keimlingen oder adulten Pflanzen exprimiert und nicht in Samen. Im zweiten Arbeitspaket wollen wir deshalb die Funktion dieser AP2/ERFs bei der Lichtsignalleitung in Keimlingen und erwachsenen Pflanzen untersuchen. Dazu verwenden wir CRISPR/Cas9-generierte erf-Mehrfachmutanten und ein auf DAP-seq basierendes High-Througput-Screening für potenzielle Zielgene. Phytochrome binden an die hoch konservierte DNA-Bindedomäne von AP2/ERFs, was darauf hindeutet, dass die Bindung an Phytochrome und die Regulation durch Phytochrome bei AP2/ERFs weit verbreitet sein könnte. Mehrere zufällig ausgewählte AP2/ERFs aus verschiedenen Untergruppen interagieren tatsächlich mit Phytochromen. Im dritten Arbeitspaket wollen wir daher die gesamte AP2/ERF-Familie auf Mitglieder untersuchen, die mit Phytochromen interagieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir Mitglieder der AP2/ERF-Transkriptionsfamilie als neuartige Interaktoren von Phytochromen identifiziert haben. Im vorgeschlagenen Projekt wollen wir deren Funktion bei Phytochrom-vermittelten Lichtreaktionen untersuchen und zugrunde liegende molekulare Mechanismen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen