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Projekt
Funktion und evolutionäre Anpassung von CBL/CIPK Ca2+-Sensor/Kinase Komplexen als Anpassung an die terrestrische Umgebung.
Antragsteller
Professor Dr. Jörg Kudla
Fachliche Zuordnung
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527901380
Bei der Eroberung des Landes entwickelten Pflanzen entscheidende Anpassungen, um in wechselnden terrestrischen Lebensbedingungen zu bestehen. Dazu gehören die Nährstoffgewinnung aus dem Boden, Resilienz gegenüber schwankenden osmotischen und ionischen Bedingungen sowie passive Abwehr- und Konsolidierungsstrukturen. Bei diesen Prozessen hat die Ca2+-Signalübertragung eine entscheidende Funktion, an der Calcineurin B-like Sensorproteine (CBLs) und mit CBLs interagierende Proteinkinasen (CIPKs) beteiligt sind. Mit zunehmender Fähigkeit, an Land zu gedeihen, nahm auch die Komplexität des CBL/CIPK-Systems zu. Diese evolutionäre Expansion begann mit einzelnen CBL/CIPK-Paaren die noch in heutigen Algen vorkommen, setzte sich mit einfach strukturierten Netzwerken in Bryophyten fort und gipfelte in der heutigen Komplexität in höheren Pflanzen. Die ursprüngliche Funktion dieses Netzwerks ist bislang genauso ungeklärt wie die molekularen Triebkräfte und Mechanismen, die die Evolution dieses Netzwerks und seine funktionelle Vielseitigkeit gesteuert haben. Diese Situation bestimmt die Ziele dieses Projekts. Durch die vergleichende Untersuchung von CBL/CIPK/Target-Modulen mit M. endlicherianum und M. polymorpha als Modellsystemen wollen wir drei der Kernfragen von MAdLand angehen. Wir werden heterologe Systeme zur Rekonstitution von Stoffwechselwegen in Hefen, menschlichen Zelllinien und A. thaliana einsetzen, um die funktionelle Verbindung zwischen CBLs, CIPKs und ihren Zielproteinen zu untersuchen. Da es derzeit nicht möglich ist, streptophytische Algen genetisch zu verändern, ist es nicht möglich, die Funktion ihrer Gene genetisch zu entschlüsseln. Unsere heterologen Assays zur Rekonstitution von Stoffwechselwegen ermöglichen es, diese technologische Lücke zu schließen und die Funktion der CBL/CIPK-Komplexe von M. endlicherianum zu klären. Daher schlagen wir vor, (i) die molekularen Eigenschaften und die Funktion des ursprünglichen CBL/CIPK-Moduls von Landpflanzen zu charakterisieren und (ii) die Prinzipien der frühen CBL/CIPK-Netzwerkevolution aufzuklären. Zu diesem Zweck gehen wir den folgenden Fragen nach: 1) Sind MeCBL1 und MeCIPK1 Teil eines alten SOS-Signalwegs für Salztoleranz? 2) Ist CIPK1 aus M. endlicherianum eine mono- oder polyfunktionelle Kinase? 3) Fand die frühe Evolution der Komplexität des CBL/CIPK-Netzwerks auf Ebene des Ca2+-Sensors statt und war sie mit einer subzellulären Erweiterung der Netzwerkfunktion verbunden? 4) Wie äußern sich die ersten Schritte der CBL/CIPK-Netzwerkevolution auf der Ebene der Ca2+-Sensoren und weisen Marchantia-CBLs eine funktionelle Diversifizierung auf? 5) Wie äußern sich frühe Schritte der CBL/CIPK-Netzwerkevolution auf der Ebene der CIPK-Kinasen und welche Funktionen haben Marchantia CIPK1 und CIPK2? Mit diesem Ansatz wollen wir ein evolutionäres Szenario für die funktionelle Diversifizierung von CBL/CIPKs während der frühen Netzwerkbildung und -expansion nach der Terrestrisierung von Pflanzen entwerfen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
