Proteomprofiling und funktionelle Analyse des synaptonemalen Komplexes in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Dr. Stefan Heckmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543670370

Genetische Variation in Nachkommen basiert auf homologer Rekombination während der Meiose in Form von Crossover (CO; reziproker genetischer Austausch zwischen elterlichen Chromosomen). Während der meiotischen Prophase I sind homologe Chromosomen um proteinöse Chromosomenachsen angeordnet. In einem als Synapsis bezeichneten Prozess lagern sich diese allmählich aneinander an, während transversale Filamentproteine zwischen ihnen polymerisieren und den synaptonemalen Komplex (SC) bilden. In vielen Eukaryonten ist der SC für die CO-Bildung essentiell und/oder er reguliert die CO-Landschaft (Häufigkeit und Verteilung von CO-Ereignissen). Trotz der strukturellen Konserviertheit des SC und seines Einflusses auf die CO-Landschaft fehlt uns ein vollständiges Bild der SC-Zusammensetzung in Pflanzen, da fehlende Sequenzerhaltung der SC-Komponenten deren homologie-basierte Identifizierung erschwert. Proteomische Studien in Pflanzen, die darauf abzielen, die Zusammensetzung des SC zu identifizieren, sind aufgrund der begrenzten Anzahl meiotischer Zellen, die weiterhin in nicht-meiotischem Blütengewebe eingebettet sind, herausfordernd. In einem früheren Projekt haben wir einen TurboID-basierten Ansatz etabliert und genutzt um die Zusammensetzung der meiotischen Chromosomenachse aufzuschlüsseln und damit den Weg für TbID-basierte proteomische Ansätze in meiotischen Pflanzenzellen geebnet. Einer dieser neuen identifizierten Kandidaten lokalisierte im SC überlappend mit ZYP1 (transversales Filamentproteine des SC) und dessen Abwesenheit unterbrach die SC-Bildung. Dementsprechend wurde der in Pflanzen konservierte Kandidat vorläufig ZYP2 bezeichnet. Im Rahmen dieser vorgeschlagenen Arbeit in Arabidopsis thaliana sind die beiden Hauptziele: i) die Entschlüsselung der meiotischen Rolle des neuen SC-lokalisierten Kandidaten ZYP2 und ii) die Aufklärung der Zusammensetzung des pflanzlichen SC mittels TbID-basierter Ansätze. Um das erste Ziel zu erreichen, werden wir die Rolle von ZYP2 für die Chromosomenachsen-, SC- und CO-Morphogenese mittels verschiedener zytogenetischer Ansätze, einschließlich Studium von Mutanten, Immunlokalisierungen meiotischer Schlüsselproteine, Protein-Protein-Interaktionsstudien oder meiotischer Lebendzellbeobachtungen, untersuchen. Um das zweite Ziel zu erreichen, werden wir MS-Analysen von affinitätsgereinigten Proben von Pflanzen durchführen, die TbID-Fusionsproteine von SC-lokalisierten Proteinen exprimieren. Die identifizierten Kandidaten werden durch Interaktionsstudien und durch die Analyse des meiotischen Chromosomenverhaltens in den jeweiligen Mutanten priorisiert. Beide Ansätze werden zu einem besseren Verständnis der Zusammensetzung und Funktion des pflanzlichen SC führen, mit dem übergeordneten Ziel, neue Strategien zur Veränderung meiotischer Rekombinationslandschaften aufzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen